DE102022207619A1

DE102022207619A1 - Verfahren, Vorrichtung und Anordnung zur Dichtheitsprüfung mindestens einer Verpackung

Info

Publication number: DE102022207619A1
Application number: DE102022207619.2A
Authority: DE
Inventors: Pierre Pfeffer; Giovanni Schober
Original assignee: Skz Kfe Ggmbh
Current assignee: Skz Kfe Ggmbh
Priority date: 2022-07-26
Filing date: 2022-07-26
Publication date: 2024-02-01
Also published as: WO2024022684A1

Abstract

Es werden ein Verfahren, eine Vorrichtung und eine Anordnung zur Dichtheitsprüfung mindestens einer Verpackung (26) beschrieben. Mindestens eine Verpackung (6) wird bereitgestellt. Ein erster Messschritt wird durchgeführt, indem Primär-Strahlung (9) auf eine Einstrahloberfläche (12) der mindestens einen Verpackung (6) eingestrahlt wird und ein erstes auf die Primär-Strahlung (9) zurückgehendes Interferenzmuster detektiert wird. Ein Umgebungsdruck (p), der zumindest auf einen Teilbereich der mindestens einen Verpackung wirkt, wird geändert. Während der Umgebungsdruck (p) geändert ist, wird in einem zweiten Messschritt ein zweites Interferenzmuster detektiert. Das mindestens eine erste und das mindestens eine zweite Interferenzmuster werden zur Bestimmung einer Dichtheit der mindestens einen Verpackung (6) abgeglichen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Dichtheitsprüfung mindestens einer Verpackung. Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Vorrichtung und eine Anordnung zur Dichtheitsprüfung von mindestens einer Verpackung.
In vielen Bereichen von Industrie und Handel ist es erforderlich, dass verpackte Waren vor einem äußeren Einfluss geschützt werden. Beispiele sind insbesondere Medikamente und/oder Lebensmittel. Hierzu ist es erforderlich, dass die Verpackung der entsprechenden Waren dicht, insbesondere luftdicht, ist. Undichtigkeiten können zu einem unerwünschten Austausch mit der Umgebung und/oder einer Kontamination der Ware führen. Von daher ist es vorteilhaft, die Dichtigkeit von Verpackungen überprüfen zu können. Hierzu gibt es verschiedene Prüfkonzepte, beispielsweise die (Werker-)Wasserbad-Prüfung, die (Differenz-)Druck-Prüfung oder die Dichtheitsprüfung mittels Testgasen.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Dichtheitsprüfung anzugeben, insbesondere ein Verfahren anzugeben, das präzise, massentauglich und bevorzugt direkt bildgebend ist.
Diese Aufgabe ist gelöst durch ein Verfahren mit den in Anspruch 1 angegeben Schritten. Mindestens eine Verpackung, die jeweils eine Einstrahloberfläche aufweist, wird bereitgestellt. Mindestens ein erster Messschritt wird durchgeführt, wobei jeweils Primär-Strahlung auf die Einstrahloberfläche der mindestens einen Verpackung eingestrahlt wird und ein erstes Interferenzmuster, das auf die Primär-Strahlung zurückgeht, detektiert wird. Anschließend wird zumindest temporär ein zumindest auf einen Teilbereich der mindestens einen Verpackung wirkender Umgebungsdruck geändert. Während der Umgebungsdruck geändert ist, wird mindestens ein zweiter Messschritt durchgeführt, wobei jeweils Primär-Strahlung auf die Einstrahloberfläche der mindestens einen Verpackung eingestrahlt wird und ein zweites Interferenzmuster, das auf die Primär-Strahlung zurückgeht, detektiert wird. Das mindestens eine erste Interferenzmuster wird mit dem mindestens einen zweiten Interferenzmuster abgeglichen zur Bestimmung einer Dichtheit der mindestens einen Verpackung. Hierdurch ist eine effiziente Prüfung gewährleistet. Wasserbäder oder Testgase sind nicht erforderlich. Die Dichtheitsprüfung erfolgt vorteilhafterweise zerstörungsfrei. Die überprüften und für in Ordnung befundenen Verpackungen können weiter verwendet werden. Das Verfahren kann insbesondere auf alle Verpackungen einer Produktionscharge und/oder eines Lagerbestands angewandt werden. Das Verfahren ist nicht auf die Prüfung einzelner Stichproben eingeschränkt. Die Dichtheitsprüfung kann insbesondere an Verpackungen mit bereits darin enthaltener Ware durchgeführt werden. Die Dichtheitsprüfung kann auch an mindestens einer Verpackung durchgeführt werden, bevor eine Ware darin verpackt wird.
Ein weiterer Vorteil besteht in der geringen Verfahrensdauer. Komplizierte Vorbereitungen und/oder Bearbeitungen der zu überprüfenden mindestens einen Verpackung sind nicht erforderlich. Insbesondere muss kein Ausgasen von Testgasen abgewartet und detektiert werden. Das Verfahren ermöglicht Prüfzeiten von wenigen Sekunden, insbesondere von unter einer Sekunde. Die Verfahrenszeiten hängen insbesondere von einem Maß der Undichtigkeit, der Steifigkeit der mindestens einen Verpackung und der Druckänderung, insbesondere der Höhe des angelegten Druckunterschieds, ab. Durch Erhöhung des Druckunterschiedes kann beispielsweise bei gegebener Steifigkeit der mindestens einen Verpackung und/oder gegebenem Maß an Undichtigkeit schneller eine messbare Verformung der mindestens einen Verpackung erzeugt werden. Bei geringerer Steifigkeit der mindesten einen Verpackung kann bei gleichem Druckunterschied und/oder Maß der Undichtigkeit schneller eine messbare Verformung erzeugt werden. Die Verfahrensparameter, insbesondere die Druckänderung, können vorzugsweise an eine zu erzielende Verfahrensdauer angepasst werden.
Bevorzugt wird die Dichtheitsprüfung an mindestens einer Verpackung durchgeführt, in der schon eine Ware bzw. ein Produkt verpackt ist. Die mindestens eine Verpackung kann insbesondere mindesten ein darin verpacktes Objekt, insbesondere ein massives Objekt, enthalten. Beispiele für derartige Objekte sind insbesondere Medikamente, beispielsweise Tabletten, medizinische Artikel, beispielsweise Einmalspritzen, Lebensmittel und/oder Elektronikbauteile. In jeder zu überprüfenden Verpackung kann mindestens ein Objekt verpackt sein. In jeder Verpackung können insbesondere auch mehrere Objekte verpackt sein. In der Verpackung kann sich auch ein Medium, insbesondere eine Flüssigkeit befinden. Beispielsweise kann die Verpackung eine Medikamentenflasche mit einem darin abgefüllten Medikament sein.
Unter einer Verpackung wird hier und im Folgenden insbesondere ein Packmittel verstanden, die in einem zu überprüfenden Sollzustand ein dichtes, insbesondere luftdichtes, Verpacken einer Ware ermöglicht. Derartige Verpackungen sind beispielsweise Folienverpackungen, Blisterverpackungen, Sichtverpackungen, Leichtbehältnisse, insbesondere Leichtbehältnisse aus Aluminium oder Glas, Gefäße, insbesondere Druckgefäße. Die mindestens eine Verpackung kann insbesondere Kunststoffe, Aluminium, Keramiken und/oder Glas, insbesondere Medizinglas, enthalten. Die mindestens eine Verpackung kann zu jedem Einsatzzweck gedacht sein. Es kann sich insbesondere um eine Transportverpackung, Verkaufsverpackung, Frischhalteverpackung und/oder Bulkverpackung handeln.
Unter einer Undichtigkeit einer Verpackung wird hier und im Folgenden insbesondere verstanden, dass die Verpackung mikro- und/oder makroskopische Strukturen wie beispielsweise Risse aufweist, über die ein MedienAustausch mit der Umgebung erfolgen kann. Derartige Strukturen, insbesondere Risse, können beispielsweise auf Beschädigungen beim Transport, Materialfehler und/oder auf fehlerhafte Herstellungsprozesse zurückgehen. Derartige Undichtigkeiten können zu einer Kontamination der verpackten Ware führen.
Das Verfahren kann an einer einzelnen Verpackung oder an mehreren Verpackungen durchgeführt werden. Besonders effizient ist es, das Verfahren gleichzeitig an mehreren Verpackungen durchzuführen. Beispielsweise kann das Verfahren an mindestens zwei, insbesondere mindestens drei, insbesondere an mindestens 5, insbesondere an mindestens 10, insbesondere mindestens 20, insbesondere mindestens 50, insbesondere mindestens 100, insbesondere mindestens 200, Verpackungen gleichzeitig durchgeführt werden. Insbesondere im Fall kleiner Verpackungen, beispielsweise von Blisterverpackungen, können auch mehrere hundert, insbesondere mindestens 500, insbesondere mindestens 1000, Verpackungen gleichzeitig überprüft werden. Die Anzahl parallel überprüfbarer Verpackungen kann beispielsweise von einem Lichtkegel der Primär-Strahlung, einem Lichtkegel der Sekundär-Strahlung, den ein zur Detektion der Interferenzmuster eingesetzter Empfänger abgedeckt, und/oder einer Auflösung des Empfängers abhängig sein. Die parallel zu prüfenden Verpackungen können gleich oder unterschiedlich sein. Insbesondere können sich die Verpackungen in Form, Größe und/oder darin verpackter Ware unterscheiden.
Die Primär-Strahlung ist insbesondere elektromagnetische Strahlung, insbesondere Laserstrahlung, bevorzugt monochromatische Laserstrahlung. Besonders bevorzugt ist die Primär-Strahlung aufgeweitete Strahlung, insbesondere aufgeweitete Laserstrahlung. Hierdurch können insbesondere größere Flächenbereiche der mindestens einen Verpackung, insbesondere deren Einstrahloberfläche, mit der Primär-Strahlung abgedeckt werden. Die Primär-Strahlung kann auf einen Teil der Einstrahloberfläche, bevorzugt auf die gesamte Einstrahloberfläche eingestrahlt werden. Besonders bevorzugt wird die Primär-Strahlung mittels einer Laserdiode erzeugt. Besonders bevorzugt ist die Primär-Strahlung monochromatische Laserstrahlung. Als besonders geeignet hat sich Laserstrahlung mit Wellenlängen im sichtbaren Bereich und/oder Infrarotbereich, erwiesen. Besonders geeignet sind insbesondere Wellenlängen zwischen 380 nm und 750 nm, insbesondere zwischen 650 nm und 670 nm und/oder zwischen 520 nm und 540 nm. Beispielhafte Wellenlängen liegen bei 658 nm und 532 nm. Diese bieten sich aufgrund ihrer industriellen Verbreitung besonders an.
Die eingestrahlte Primär-Strahlung bewirkt insbesondere eine von der Einstrahloberfläche ausgehende Sekundär-Strahlung. Die Sekundär-Strahlung geht auf die Primär-Strahlung zurück. Die Sekundär-Strahlung ist insbesondere von der Einstrahloberfläche und/oder von einer in der Verpackung verpackten Ware, insbesondere einem darin verpackten Objekt, reflektierte Primär-Strahlung.
Für die Durchführung der Dichtheitsprüfung ist es nicht erforderlich, die gesamte Einstrahloberfläche, insbesondere die gesamte Oberfläche der mindestens einen Verpackung, zu vermessen. Die Dichtheit stellt eine Volumengröße dar. Es ist daher die Vermessung an einem Teilbereich der Verpackung, insbesondere der Einstrahloberfläche, ausreichend. Beispielsweise kann die Primär-Strahlung nur auf einen Teilbereich der Einstrahloberfläche eingestrahlt werden. Die Dichtheitsprüfung kann unabhängig von Form und/oder Größe der mindestens einen Verpackung durchgeführt werden. Das Verfahren ist effizient und flexibel einsetzbar.
Das in den jeweiligen Messschritten detektierte Interferenzmuster geht auf die Primär-Strahlung zurück. Beispielsweise kann die Primär-Strahlung im Bereich der Einstrahlfläche, insbesondere auf der Einstrahlfläche und/oder einer Oberfläche eines verpackten Objekts, interferieren. Insbesondere kann das Interferenzmuster ein auf die eingestrahlte Primär-Strahlung zurückgehendes Specklemuster aufweisen, insbesondere sein. Das Specklemuster kann durch Interferenz der Primär-Strahlung, insbesondere von unterschiedlichen Sendern ausgehender Primär-Strahlung, insbesondere auf der Einstrahloberfläche der Verpackung und/oder auf einer Oberfläche einer in der Verpackung verpackten Ware, insbesondere eines darin verpackten Objekts, entstehen. Die von der Einstrahloberfläche ausgehende Sekundär-Strahlung kann Informationen über das Interferenzmuster tragen. Zusätzlich oder alternativ kann das Interferenzmuster auch aus der Sekundär-Strahlung erzeugt werden.
Zur Detektion des Interferenzmusters bzw. der Sekundär-Strahlung kann insbesondere ein CCD-Chip verwendet werden. Beispielsweise können alle von einem CCD-Chip erfassbaren Wellenlängen verwendet werden. Die Detektion kann insbesondere im Falle eines zu detektierenden Specklemusters beispielsweise über eine Kamera, insbesondere über deren Bildsensor, erfolgen.
Das erste und das zweite Interferenzmuster werden in den jeweiligen Messschritten detektiert. Bevorzugt werden das erste Interferenzmuster und das zweite Interferenzmuster ortsaufgelöst detektiert. Hierdurch ist eine ortsaufgelöste Dichtheitsprüfung möglich. Dies ist besonders vorteilhaft bei der gleichzeitigen parallelen Dichtheitsprüfung mehrerer Verpackungen. Die ortsaufgelösten Prüfergebnisse erlauben auf besonders einfache Weise Rückschlüsse auf die jeweilige Verpackung. Die Prüfergebnisse können einzelnen Verpackungen insbesondere zugeordnet werden. Ergibt die Überprüfung, dass einzelne Verpackungen undicht sind, können diese gezielt aussortiert werden. Ein Aussortieren oder Nachprüfen der gesamten überprüften Charge ist nicht erforderlich. Das Verfahren ist präzise. Das Verfahren erlaubt eine kostengünstige und effiziente Dichtheitsprüfung.
Zur Überprüfung der Dichtheit der mindestens einen Verpackung wird das mindestens eine erste Interferenzmuster mit dem mindestens einen zweiten Interferenzmuster abgeglichen. Insbesondere werden die Interferenzmuster überlagert. Insbesondere kann ein Phasenunterschied der Interferenzmuster durch Differenzbildung bestimmt werden. Bevorzugt erfolgt der Abgleich, insbesondere die Überlagerung, der Interferenzmuster ortsaufgelöst. Die Auswertung kann besonders bevorzugt anhand eines ortsaufgelösten Phasenunterschieds erfolgen. Hierdurch ist insbesondere bei der parallelen Überprüfung mehrerer Verpackungen eine eindeutige und präzise Zuordenbarkeit der Überprüfungsergebnisse zu den einzelnen Verpackungen möglich. Das Verfahren ist effizient und wirtschaftlich.
Bevorzugt erfolgt der Abgleich der Interferenzmuster anhand eines Abgleichs entsprechender Phasenbilder. Beispielsweise werden ein erstes Phasenbild aus dem mindestens einen ersten Interferenzmuster und ein zweites Phasenbild aus dem mindestens einen zweiten Interferenzmuster bestimmt. Das erste Phasenbild und das zweite Phasenbild können anschließend abgeglichen werden, insbesondere indem ein Phasenunterschied bestimmt wird.
Zwischen den mindestens einen ersten Messschritt und dem mindestens einen zweiten Messschritt wird ein Umgebungsdruck, der zumindest auf einen Teilbereich der mindestens einen Verpackung wirkt, geändert. Der Umgebungsdruck wird insbesondere über zumindest einen Teilbereich der mindestens einen Verpackung geändert. Die bereichsweise Änderung des Umgebungsdrucks ist ausreichend, um die Dichtheit der mindestens einen Verpackung zuverlässig zu bestimmen. Bevorzugt wird der Umgebungsdruck über die gesamte mindestens eine Verpackung geändert.
Aufgrund der zumindest temporären Änderung des Umgebungsdrucks werden der mindestens eine erste Messschritt und der mindestens eine zweite Messschritt bei unterschiedlichen Umgebungsdrücken durchgeführt. Die Druckänderung zwischen dem mindestens einen ersten Messschritt und dem mindestens einen zweiten Messschritt führt zu einer Verformung der mindestens einen Verpackung und/oder des mindestens einen darin verpackten Objekts. Abhängig von der Dichtheit der Verpackung kann diese Verformung unterschiedlich ausfallen. Anhand des Abgleichs des mindestens einen ersten Interferenzmusters mit dem mindestens einen zweiten Interferenzmuster kann auf die jeweiligen Verformungen und damit auf die Dichtheit der Verpackungen geschlossen werden.
Beispielsweise führt die Änderung des Umgebungsdrucks bei dichten Verpackungen zu einer Verformung der Verpackung. Hingegen können Undichtigkeiten in einer Verpackung zu einem Medienaustausch mit der Umgebung und daher auch zu einer Anpassung von Innendruck der Verpackung zu einem Umgebungsdruck führen. Bei undichten Verpackungen erfolgt über die Undichtigkeiten ein Druckausgleich, sodass die undichten Verpackungen wesentlich geringer verformt werden. Der geänderte Umgebungsdruck wirkt bei undichten Verpackungen aufgrund des Druckausgleichs auch auf das verpackte Objekt und kann dort zu Verformungen führen. Bei dichten Verpackungen wirkt der geänderte Umgebungsdruck nicht direkt auf das verpackte Objekt und führt dort zu weniger starken Verformungen.
Mithilfe des Abgleichs des mindestens einen ersten Interferenzmusters mit dem mindestens einen zweiten Interferenzmuster können insbesondere die Verformungen der mindestens einen Verpackung und/oder eines darin verpackten Objekts bestimmt werden. Die Auswertung kann beispielsweise durch die grafische Darstellung einer Überlagerung des ersten Interferenzmusters mit dem zweiten Interferenzmuster, insbesondere einer ortsaufgelösten Überlagerung des ersten Interferenzmusters mit dem zweiten Interferenzmuster, erfolgen. Abhängig von den dargestellten Phasenunterschieden kann auf eine Dichtheit bzw. Undichtheit der jeweiligen Verpackung geschlossen werden. Zusätzlich oder alternativ können die Verformungen der mindestens einen Verpackung und/oder eines darin verpackten Objekts auch quantitativ bestimmt werden. Dies ist insbesondere möglich mit shearografischen Auswertemethoden. Die quantitative Bestimmung der Verformung erlaubt auch einen Rückschluss auf die Größe der jeweiligen Undichtigkeiten.
Für den Abgleich der Interferenzmuster ist beispielsweise möglich, eine Differenz aus dem mindestens einen ersten Interferenzmuster und dem mindestens einen zweiten Interferenzmuster oder deren Phasenbilder zu bilden. Die Differenz fällt bei geringer Verformung der Verpackung und/oder des verpackten Objekts kleiner aus als bei größerer Verformung. Durch die Differenz kann die Verformung und damit die Dichtheit einfach überprüft und quantifiziert werden.
Der Abgleich der Interferenzmuster, insbesondere deren Differenz und/oder deren Phasendifferenz, kann bevorzugt graphisch ausgewertet werden. Beispielsweise kann eine Auftragung in Graustufen erfolgen, sodass unterschiedliche Helligkeiten eine unterschiedliche Verformung der Verpackung und/oder des darin verpackten Objekts darstellen. Die Auswertung kann dann durch einen Benutzer oder automatisiert erfolgen. Beispielsweise kann die Auswertung durch einen Algorithmus erfolgen, der anhand einer Schwellwertfunktion die Helligkeiten beurteilt, um zwischen dichten und undichten Verpackungen zu unterscheiden.
Bevorzugt ist die Änderung des Umgebungsdrucks an die zu vermessenden Verpackungen und/oder an darin verpackte Waren, insbesondere Objekte, angepasst. Insbesondere wird die Druckänderung derart gewählt, dass eine detektierbare Verformung der mindestens einen Verpackung und/oder der darin verpackten Waren, insbesondere des darin verpackten Objekts, erfolgt. Besonders bevorzugt wird die Druckänderung derart gewählt, dass die Druckänderung möglichst klein ist, aber noch eine detektierbare Verformung der mindestens einen Verpackung und/oder der darin verpackten Waren, insbesondere des darin verpackten Objekts, erzeugt. Kleine Druckänderungen haben insbesondere den Vorteil einer besonders einfachen und schnellen Durchführbarkeit der Dichtheitsprüfung. Insbesondere ist bei kleinen Druckänderungen eine schnelle Anpassung des Innendrucks und des Umgebungsdrucks über potentielle Undichtigkeiten der mindestens einen Verpackung möglich.
Zur Änderung des Umgebungsdrucks kann die mindestens eine Verpackung in einer Druckkammer angeordnet sein. In der Druckkammer kann beispielsweise ein Druck eines Innenraums mithilfe geeigneter Druckbeeinflussungseinheiten veränderbar sein. Beispielsweise kann in der Druckkammer über eine Pumpe ein Unter- oder Überdruck erzeugbar sein. Die Druckbeeinflussungseinheit kann beispielsweise eine Vakuumpumpe sein. Es ist auch möglich, den Umgebungsdruck über eine Druckhaube, insbesondere eine berührungslos arbeitende Druckhaube, zu ändern.
Bevorzugt wird der mindestens eine erste Messschritt bei Atmosphärendruck durchgeführt. Unter Atmosphärendruck bzw. atmosphärischen Druck wird insbesondere der unter Normalbedingungen am Ort der Dichtheitsprüfung herrschende Luftdruck verstanden. Eine Veränderung des Umgebungsdrucks für den ersten Messschritt ist dann nicht erforderlich. Dies ist beispielsweise dann vorteilhaft, wenn die mindestens eine Verpackung in eine Druckkammer eingelegt wird und hierbei ein Druckaustausch mit der Umgebung stattfindet. Die Durchführung des mindestens einen ersten Messschritts bei Atmosphärendruck ist auch insbesondere dann sinnvoll, wenn die Druckänderung mit einer Druckhaube erfolgt. Zur Durchführung des mindestens einen zweiten Messschritts kann der Umgebungsdruck dann ausgehend vom Atmosphärendruck geändert werden. Hierdurch ist eine Durchführung des Verfahrens mit einem möglichst geringen Rüstaufwand und mit möglichst geringen Druckänderungen möglich. Das Verfahren ist effizient und wirtschaftlich.
Zur Bestimmung der Dichtheit einer Verpackung ist die einmalige Durchführung des ersten und des zweiten Messschritts ausreichend. Der erste Messschritt und der zweite Messschritt können jedoch jeweils auch mehrmals durchgeführt werden.
Ein Verfahren nach Anspruch 2 ist besonders präzise und flexibel einsetzbar. Die Erzeugung des Interferenzmusters aus der Sekundär-Strahlung ermöglicht eine Vermessung weitestgehend unabhängig von der Oberflächenbeschaffenheit der Einstrahloberfläche und/oder der Oberfläche des verpackten Objekts.
Zur Erzeugung des Interferenzmusters aus der Sekundär-Strahlung kann die Sekundär-Strahlung beispielsweise durch ein Interferometer, insbesondere ein Michelson-Interferometer geführt werden. Es ist auch möglich, das Interferenzmuster aus der Sekundär-Strahlung und der Primär-Strahlung zu erzeugen, beispielsweise indem Sekundär-Strahlung und Primär-Strahlung durch ein Interferometer, insbesondere ein Michelson-Interferometer, geführt werden. Bevorzugt erfolgt die Erzeugung der Interferenzmuster aus der Sekundär-Strahlung und/oder der Primärstrahlung, insbesondere aus der Sekundär-Strahlung, mittels eines Shear-Elements. Zur Erstellung des Interferenzmusters kann insbesondere ein Shearografiesystem verwendet werden. Als besonders geeignet hierfür hat sich ein modifiziertes Michelson-Interferometer mit mindestens einem um einen Kippwinkel gegenüber einer optischen Achse verkippbaren Spiegel erwiesen. Ein verkippbarer Spiegel eines Interferometers stellt ein besonders geeignetes Shear-Element dar. Mithilfe des verkippbaren Spiegels kann ein Shear-Winkel präzise und genau eingestellt werden. Hierdurch kann das zu erzeugende Interferenzmuster präzise und genau an die zu prüfenden Verpackungen angepasst werden.
Ein Verfahren nach Anspruch 3 ist einfach und effizient. Das Specklemuster kann durch Interferenz der Primär-Strahlung, insbesondere von unterschiedlichen Sendern ausgehender Primär-Strahlung, im Bereich der Einstrahloberfläche entstehen. Insbesondere kann das Specklemuster durch Interferenz der Primärstrahlung auf der Einstrahloberfläche der Verpackung und/oder auf einer Oberfläche einer in der Verpackung verpackten Ware, insbesondere eines darin verpackten Objekts, entstehen. Die Vermessung von auf die Primär-Strahlung zurückgehenden Specklemustern ist insbesondere mit verringertem Rüstaufwand möglich, insbesondere kann auf teure Interferometer und/oder Shear-Elemente verzichtet werden.
Ein weiterer Vorteil der Detektion von Specklemustern besteht in der Robustheit der Messung und deren Auswertung gegenüber äußeren Störungen. Beispielsweise kann die Erzeugung eines Interferenzmusters aus der Sekundär-Strahlung, insbesondere mit shearografischen Methoden, sehr empfindlich gegenüber kleinsten Oberflächenverformungen sein. Ab einer gewissen Verformung kann es zu Dekorrelationseffekten kommen, die eine aussagekräftige Messung erschweren. Dies ist insbesondere kritisch bei flexiblen Verpackungen und/oder flexiblen verpackten Objekten. Die Vermessung von Specklemustern ist diesbezüglich weniger störanfällig. Entsprechendes gilt in Bezug auf Umgebungseinflüsse, insbesondere Vibrationen, die im Produktionsumfeld häufig vorkommen. Die Vermessung von Specklemustern ist daher besonders gut für in-line Messungen in einer bestehenden Fertigungslinie geeignet.
Ein Verfahren nach Anspruch 4 liefert besonders genaue und zuverlässige Ergebnisse. Durch die mehrmalige Durchführung des ersten und/oder zweiten Messschritts kann insbesondere die Messgenauigkeit erhöht werden, bevorzugt zur quantitativen Bestimmung von Verformungen. Bevorzugt werden der erste Messschritt und der zweite Messschritt jeweils mehrmals durchgeführt. Beispielsweise können unterschiedliche Messschritte mit unterschiedlichen zur Erzeugung der Interferenzmuster verwendeten Phasenunterschieden erfolgen. Als besonders geeignet hat sich ein Phasenunterschied von π/2 erwiesen. Besonders geeignet ist die viermalige Durchführung des ersten und des zweiten Messschritts mit jeweils einer Phasendifferenz von π/2.
Zur mehrfachen Durchführung des ersten und/oder zweiten Messschritts kann beispielsweise ein variabel einstellbares Interfereometer, insbesondere ein variabel einstellbares Shear-Element, verwendet werden. Beispielsweise kann eine Phasendifferenz durch eine Veränderung des optischen Wegs in einem Interferometer erzeugt werden. Beispielsweise kann ein Spiegel eines Michelson-Interferometers, insbesondere ein Kippspiegel in einem modifizierten Michelson-Interferometer, zur Veränderung der Phasendifferenz axial verfahrbar, insbesondere entlang der optischen Achse eines Interferometers verfahrbar, sein.
Bei der mehrfachen Durchführung des ersten und/oder zweiten Messschritts können jeweils ein erstes bzw. ein zweites Interferenzmuster erzeugt und detektiert werden. Die ersten und zweiten Interferenzmuster können einzeln miteinander abgeglichen, insbesondere überlagert werden. Es ist jedoch auch möglich, aus den Interferenzmustern der jeweiligen Durchläufe des ersten und zweiten Messschritts zunächst ein einziges erstes Interferenzmuster, insbesondere ein ersten Phasenbild, und ein einziges zweites Interferenzmuster, insbesondere ein zweites Phasenbild, zu bestimmen, die dann abgeglichen werden.
Ein Verfahren nach Anspruch 5 ermöglicht eine besonders einfache und präzise Auswertung. Der Abgleich der Phasenbilder kann insbesondere durch Bildung einer Gesamtphasendifferenz erfolgen. Bevorzug erfolgt die Bestimmung und der Abgleich der Phasenbilder ortsaufgelöst. Der Abgleich der Phasenbilder ermöglicht eine aussagekräftige und eindeutige Zuordnung der Messergebnisse zu den zu prüfenden Dichtheitseigenschaften. Der Abgleich der Phasenbilder ermöglicht einfach auswertbare, insbesondere graphisch auswertbare, Prüfergebnisse.
Besonders bevorzugt werden der erste Messschritt und der zweite Messschritt jeweils mehrmals, insbesondere mindestens dreimal, insbesondere mindestens viermal, bevorzug dreimal oder viermal, durchgeführt. Bei jeder Durchführung der Messschritte werden jeweilige Interferenzmuster erhalten. Auf Basis mehrere erster und zweiter Interferenzmuster können auf einfache und genaue Weise ein erstes und ein zweites Phasenbild erzeugt werden. Beispielsweise werden der erste und der zweite Messschritt jeweils mehrmals durchgeführt und anschließend auf Basis des ersten und zweiten Interferenzmusters ein erstes beziehungsweise zweites Phasenbild erzeugt, die dann zur Bestimmung der Dichtheit miteinander abgeglichen werden.
Ein Verfahren gemäß Anspruch 6 ist besonders effizient und wirtschaftlich. Die geringe Druckänderung ermöglicht besonders kurze Verfahrenszeiten, insbesondere Verfahrenszeiten von unter 5 s, insbesondere unter 2 s. Ein geringer Druckunterschied führt insbesondere zu geringen Wartezeiten, bis ein Druckaustausch durch möglicherweise undichte Verpackungen erfolgt ist. Ein weiterer Vorteil geringer Druckunterschiede liegt darin, dass dauerhafte Verformungen und/oder Beschädigungen der mindestens einen Verpackung vermieden sind. Nach Durchführung der Prüfung können die Verpackungen weiter verwendet werden. Ein unnötiger Ausschuss wird vermieden.
Bevorzugt wird der Umgebungsdruck zwischen den Messschritten insbesondere um mindestens 0,1 mbar, insbesondere um mindestens 0,25 mbar, insbesondere um mindestens 0,5 mbar, insbesondere um mindestens 1 mbar geändert.
Besonders bevorzugt wird die Änderung des Umgebungsdrucks an die Verpackung und/oder das darin verpackte Objekt angepasst. Für flexible Verpackungen, insbesondere Folien und/oder Blisterverpackungen, hat sich eine Druckänderung im Bereich von 0,1 mbar bis 2 mbar als besonders geeignet erwiesen. Für Verpackungen aus Glas oder Metall, beispielsweise Medikamentenflaschen, hat sich eine Änderung des Umgebungsdrucks zwischen 5 mbar und 20 mbar, beispielsweise um etwa 10 mbar, als besonders geeignet erwiesen. Sollen Verformungen an verpackten Objekten, insbesondere an verpackten massiven Objekten, detektiert werden, können beispielsweise Druckdifferenzen von 50 mbar bis 200 mbar, insbesondere von 100 mbar bis 150 mbar, eingesetzt werden.
Ein Verfahren nach Anspruch 7 ermöglicht eine besonders effiziente und massentaugliche Dichtheitsprüfung. Die Verwendung einer Druckhaube ermöglicht eine flexible Anwendung des Verfahrens. Eine Anordnung der mindestens einen Verpackung in einer Druckkammer ist nicht erforderlich. Die Druckhaube kann beispielsweise in bestehende Anlagen, insbesondere in Produktionsanlagen, integriert werden. Besonders bevorzugt kann die Druckhaube, insbesondere eine berührungslos arbeitende Druckhaube, im Bereich einer Förderanlage für die mindestens eine Verpackung eingesetzt werden.
Ein Verfahren nach Anspruch 8 ermöglicht eine präzise und effiziente Dichtheitsprüfung. Für die Primär-Strahlung undurchlässige Bereiche der Einstrahloberfläche reflektieren zumindest einen Teil der Primär-Strahlung. Die Sekundär-Strahlung geht daher zumindest teilweise auf die an der Einstrahloberfläche reflektierte Primär-Strahlung zurück. Hierdurch kann eine Verformung der Verpackung aufgrund der Änderung des Umgebungsdrucks präzise bestimmt werden. Als besonders geeignet haben sich matte Oberflächenbereiche erwiesen.
Die Einstrahloberfläche kann insbesondere vollständig für die Primär-Strahlung undurchlässig, insbesondere opak, sein. Dies ermöglicht eine Überprüfung anhand der gesamten Einstrahloberfläche. Für die Durchführung der Dichtheitsprüfung anhand von an der Einstrahloberfläche reflektierter Primär-Strahlung ist es jedoch auch ausreichend, wenn nur ein kleiner Bereich der Einstrahloberfläche für die Primär-Strahlung undurchlässig ist. Undurchlässige, insbesondere opake, Bereiche können beispielsweise Aufkleber oder Aufdrucke auf der Verpackung, insbesondere auf einer ansonsten transparenten Verpackung sein. Beispielsweise können dies auf die Verpackung aufgedruckte oder aufgeklebte Barcodes und/oder anderweitige Aufdrucke sein.
Ein Verfahren nach Anspruch 9 ermöglicht eine besonders flexible Anwendung der Dichtheitsprüfung. Das Verfahren ist nicht auf zumindest bereichsweise für die Primär-Strahlung undurchlässige Verpackungen beschränkt. Das Verfahren kann insbesondere für vollständig transparente Verpackungen durchgeführt werden. Beispielsweise kann die gesamte Einstrahloberfläche, insbesondere die gesamte Verpackung für die Primär-Strahlung transparent sein. In einem derartigen Fall kann die Primär-Strahlung durch die Einstrahloberfläche auf die in der Verpackung verpackte Ware, insbesondere das verpackte Objekt, fallen und daran reflektiert werden. Die Sekundär-Strahlung resultiert daher zumindest teilweise aus der Reflexion der Primär-Strahlung an der verpackten Ware, insbesondere dem verpackten Objekt.
Ein Verfahren nach Anspruch 10 ist besonders präzise und zuverlässig. Aufgrund der Beabstandung zwischen der Einstrahloberfläche und dem in der mindestens einen Verpackung verpackten mindestens einen Objekt ist eine gegenseitige Beeinflussung von verpacktem Objekt und Verpackung zumindest vermindert. Eine Verformung der Verpackung aufgrund des Druckunterschieds wirkt sich nicht auf das Objekt aus und umgekehrt. Dies ist besonders vorteilhaft für die Dichtheitsprüfung an transparenten Verpackungen.
Ein Verfahren nach Anspruch 11 ist besonders genau. Die erhöhte Steifigkeit der mindestens einen Verpackung zumindest im Bereich der Einstrahloberfläche ist besonders vorteilhaft bei der Dichtheitsprüfung von für die Primär-Strahlung transparenten Verpackungen. Die erhöhte Steifigkeit der Einstrahloberfläche führt bei Änderung des Umgebungsdrucks zu geringen Verformungen der Einstrahloberfläche. Hierdurch sind Messungenauigkeiten, insbesondere Messartefakte, aufgrund der Verformung der Einstrahloberfläche vermindert, insbesondere vermieden. Verformungen des mindestens einen verpackten Objekts können präzise bestimmt werden, um auf die Dichtheit der Verpackungen rückzuschließen.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung eine Vorrichtung zur Dichtheitsprüfung mindestens einer Verpackung zu verbessern.
Diese Aufgabe ist gelöst durch eine Vorrichtung mit den in Anspruch 12 angegebenen Merkmalen. Die Vorrichtung weist mindestens einen Sender zur Abstrahlung von Primär-Strahlung, mindestens einen Empfänger zur Erzeugung und Detektion eines Interferenzmusters, mindestens eine Druckbeeinflussungseinheit zur Änderung eines Umgebungsdrucks und eine Auswerteeinheit auf. Die Auswerteeinheit ist zur Durchführung des vorgehend beschriebenen Verfahrens ausgelegt. Die Vorrichtung weist die in Bezug auf das Verfahren beschriebenen Merkmale und Vorteile auf.
Der mindestens eine Sender kann insbesondere eine Laserdiode sein. Der mindestens eine Sender kann insbesondere zur Abstrahlung aufgeweiteter Primär-Strahlung, insbesondere aufgeweiteter Laserstrahlung, ausgelegt sein. Beispielsweise kann der mindestens eine Sender eine Linse zur Aufweitung der Strahlung, insbesondere der Laserstrahlung, aufweisen. Zur Einstrahlung der Primär-Strahlung reicht ein Sender aus. Bevorzugt sind zwei oder mehr Sender vorhanden. Hierdurch ist eine gleichmäßigere Ausleuchtung der Einstrahloberfläche der mindestens einen Verpackung gewährleistet. Zudem ist kann die Verwendung mehrerer Sender die Bildung eines Interferenzmusters, insbesondere eines Specklemusters, begünstigen.
Der mindestens eine Empfänger dient Detektion eines Interferenzmusters. Der mindestens eine Empfänger kann beispielsweise eine Kamera aufweisen. Zur Detektion des Interferenzmusters kann der mindestens eine Empfänger einen Detektor, insbesondere einen CCD-Chip, aufweisen. Der Detektor kann insbesondere ein Bildsensor einer Kamera sein.
Der mindestens eine Empfänger kann zudem zur Erzeugung des Interferenzmusters aus der Sekundärstrahlung dienen. Der mindestens eine Empfänger kann hierzu ein Interferometer aufweisen. Als besonders geeignet hat sich ein Michelson-Interferometer erwiesen. Bevorzugt weist der mindestens eine Empfänger ein Shear-Element auf, besonders bevorzugt ein für die Shearografie modifiziertes Michelson-Interferometer, auf. Besonders bevorzugt weist der mindestens eine Empfänger ein Shearografiesystem auf.
Die mindestens eine Druckbeeinflussungseinheit kann insbesondere eine Vakuumpumpe aufweisen. Alternativ oder zusätzlich hierzu kann die mindestens eine Druckbeeinflussungseinheit eine Druckhaube aufweisen.
Die Auswerteeinheit dient insbesondere zur Ansteuerung des mindestens einen Senders, des mindestens einen Empfängers und/oder der mindestens einen Druckbeeinflussungseinheit. Die Auswerteeinheit kann beispielsweise mithilfe des mindestens einen Empfängers detektierte Interferenzmuster auslesen und verarbeiten. Die Auswerteeinheit kann insbesondere in datenübertragender Weise mit dem mindestens einen Sender und/oder den mindestens einen Empfänger und/oder der mindestens einen Druckbeeinflussungseinheit verbunden sein. Die Auswerteeinheit kann auch direkt in dem mindestens einen Empfänger und/oder dem mindestens einen Sender und/oder der mindestens einen Druckbeeinflussungseinheit integriert sein. Die Auswerteeinheit kann insbesondere einen Prozessor, einen Datenspeicher und einen Programmspeicher umfassen. Auf dem Programmspeicher kann ein Computerprogramm zur Ausführung des Verfahrens gespeichert sein. Wird das Computerprogramm mithilfe des Prozessors ausgeführt, kann dies die Durchführung des Verfahrens, insbesondere die Ansteuerung der weiteren Komponenten und/oder die Auswertung von mithilfe des Empfängers detektierter Daten bewirken.
Eine Vorrichtung nach Anspruch 13 ist besonders effizient und flexibel einsetzbar. Mithilfe der Druckhaube kann flexibel ein Umgebungsdruck geändert werden. Die Druckhaube kann an unterschiedlichen Orten eingesetzt werden. Ein zeitaufwendiges Einbringen von zu vermessenden Verpackungen in eine Druckkammer ist nicht nötig. Besonders bevorzugt arbeitet die Druckhaube berührungslos. Die Vorrichtung kann insbesondere in bestehende Produktions-, Lager- und/oder Förderanlagen für Verpackungen und/oder zu verpackende Objekte integriert werden.
Eine Vorrichtung nach Anspruch 14 ermöglicht eine besonders zuverlässige und wirtschaftliche Dichtheitsprüfung. Mithilfe des mindestens einen Shear-Elements lassen sich besonders geeignete Interferenzmuster erzeugen. Insbesondere ist eine ortsaufgelöste Detektion von Verformungen möglich. Insbesondere bei der parallelen Dichtheitsprüfung mehrerer Verpackungen kann eine genaue Zuordnung der Messergebnisse zu den einzelnen Verpackungen erfolgen. Ein unnötiger Ausschuss wird vermieden.
Bevorzugt kann das Shear-Element einen verkippbaren Spiegel, insbesondere in einem modifizierten Michelson-Interferometer, aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann das Shear-Element auch ein Biprisma aufweisen.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung eine verbesserte Anordnung zur Dichtheitsprüfung anzugeben.
Diese Aufgabe ist gelöst durch eine Anordnung mit den in Anspruch 15 angegebenen Merkmalen. Die Anordnung weist mindestens eine Förderanlage zur Förderung der zu überprüfenden mindestens einen Verpackung auf. Die Anordnung weist zudem eine Vorrichtung zur Dichtheitsprüfung auf, wie sie oben beschrieben ist. Die Vorrichtung ist relativ zu der mindestens einen Förderanlage derart angeordnet, dass die mithilfe der mindestens einen Förderanlage geförderte mindestens eine Verpackung auf deren Dichtheit hin überprüfbar ist. Die Anordnung ermöglicht eine In-Line-Dichtheitsprüfung der mindestens einen Verpackung in einem Förderweg derselben. Die Anordnung ermöglicht eine Integration der Dichtheitsprüfung in Produktions-, Lager- und/oder Förderanlagen für die mindestens eine Verpackung bzw. die darin verpackten Objekte. Hierdurch ist eine wirtschaftliche und massentaugliche Dichtheitsprüfung gewährleistet. Dies erhöht insbesondere auch die Produktsicherheit der in der mindestens einen Verpackung verpackten Waren.
Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Figuren. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Dichtheitsprüfung von Verpackungen,
2 eine schematische Darstellung eines Empfängers der Vorrichtung gemäß 1 in Form eines Shearografiesystems,
3 eine schematische Darstellung eines Verfahrensablaufs zur Dichtheitsprüfung mindestens einer Verpackung,
4 eine schematische Darstellung eines Verfahrensschritts des Verfahrens gemäß 3 in der Vorrichtung gemäß 1,
5a, 5b exemplarische Messergebnisse der Dichtheitsprüfung an verschiedenen Verpackungen,
6 schematische Darstellung eines Verfahrensschritts der Dichtheitsprüfung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,
7 eine schematische Darstellung einer Anordnung zur Dichtheitsprüfung von Verpackungen mit einer Vorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, und
8 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur Dichtheitsprüfung von Verpackungen.

Anhand der 1 bis 4 wird ein erstes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 1 zur Dichtheitsprüfung von Verpackungen und eines hiermit durchführbaren Dichtheitsprüfverfahrens 2 beschrieben.
Die in 1 gezeigte Vorrichtung 1 weist eine Druckkammer 3 und eine als Vakuumpumpe 4 ausgebildete Druckbeeinflussungseinheit auf. Mithilfe der Vakuumpumpe 4 kann der in einem Innenraum 5 der Druckkammer 3 herrschende Umgebungsdruck p variiert werden. Beispielsweise kann der Umgebungsdruck p in dem Innenraum 5 nach Einlegen von zu prüfenden Verpackungen dem Atmosphärendruck entsprechen. Mithilfe der Vakuumpumpe 4 kann der Umgebungsdruck p im Innenraum 5 durch Abpumpen reduziert werden. Mithilfe der Vakuumpumpe 4 ist ein Unterdruck erzeugbar. In weiteren, nicht dargestellten Ausführungsbeispielen kann auch ein Überdruck in der Druckkammer mithilfe geeigneter Druckbeeinflussungseinheiten erzeugbar sein.
Im Innenraum 5 der Druckkammer 3 sind zwei zu überprüfende Verpackungen 6 mit darin verpackten Objekten 7 angeordnet. Bei den Objekten 7 handelt es sich um Einmalspritzen, beispielsweise um Insulinspritzen. Es versteht sich von selbst, dass die Vorrichtung 1 und das Dichtheitsprüfverfahren 2 für beliebige Verpackungen 6 und beliebige darin verpackte Objekte 7 durchführbar ist.
Die Vorrichtung 1 weist zwei Sender 8 zum Abstrahlen von Primär-Strahlung 9 auf. Die Sender 8 sind als Laserdioden ausgeführt. Die Sender 8 erzeugen eine aufgeweitete Laserstrahlung. Die Primär-Strahlung 9 ist mithilfe von gestrichelten Linien, die einen Lichtkegel der Primär-Strahlung 9 symbolisieren, in 1 schematisch dargestellt. Die Primär-Strahlung 9 ist aufgeweitete Laserstrahlung. Als besonders geeignet hat sich Laserstrahlung mit Wellenlängen im sichtbaren Bereich und/oder Infrarotbereich, insbesondere im Nahinfrarotbereich, erwiesen. Besonders geeignet sind insbesondere Wellenlängen zwischen 380 nm und 750 nm, insbesondere zwischen 650 nm und 670 nm und/oder zwischen 520 nm und 540 nm. Bevorzugte Wellenlängen liegen beispielsweise bei 658 nm und 532 nm, die sich aufgrund ihrer industriellen Verbreitung besonders anbieten.
Die Vorrichtung 1 weist einen Empfänger 10 zur Detektion von Sekundär-Strahlung 11 auf. Die Sekundär-Strahlung 11 geht auf die Primär-Strahlung 9 zurück. Die Primär-Strahlung 9 wird mithilfe der Sender 8 auf Einstrahloberflächen 12 der Verpackungen 6 eingestrahlt. Von den Einstrahloberflächen 12 geht die Sekundär-Strahlung 11 aus. Die Sekundär-Strahlung 11 ist in 1 durch gepunktete Linien schematisch dargestellt. Die gepunkteten Linien stellen einen vom Empfänger 10 abgedeckten Lichtkegel schematisch dar. Der Empfänger 10 erzeugt aus der Sekundär-Strahlung 11 ein Interferenzmuster und detektiert dieses.
Die Sender 8 und der Empfänger 10 sind in datenübertragender Weise mit einer Auswerteeinheit 19 verbunden. Die Auswerteeinheit 19 steuert die Sender 8 und den Empfänger 10 an und wertet die vom Empfänger 10 empfangenen Daten aus. Die Auswerteeinheit 19 ist zur Durchführung des Dichtheitsprüfverfahrens 2 ausgelegt.
In anderen nicht dargestellten Ausführungsbeispielen können die Sender 8 und der Empfänger 10 auch außerhalb der Druckkammer 3 angeordnet sein. In diesem Fall weist die Druckkammer 3 ein für die Primär-Strahlung 9 und die Sekundär-Strahlung 11 transparentes Sichtfenster auf. Die Einstrahlung und Detektion kann von außerhalb der Druckkammer 3 erfolgen.
In 2 ist der Empfänger 10 im Detail gezeigt. Der Empfänger 10 ist ein Shearografiesystem. Der Empfänger 10 weist einen Strahlteiler 13, einen Spiegel 14, einen Kippspiegel 15 und einen Detektor 16 auf. Bei dem Detektor 16 handelt es sich um einen CCD-Chip. Der Strahlteiler 13, der Spiegel 14, der Kippspiegel 15 sowie der Detektor 16 sind in Form eines modifizierten Michelson-Interferometers angeordnet. Der Kippspiegel 15 ist gegenüber einer optischen Achse des Michelson-Interferometers verkippt. Dies führt im dargestellten Ausführungsbeispiel dazu, dass der Kippspiegel 15 um einen Kippwinkel b gegenüber einer Ebene 17 verkippt ist. Die Ebene 17 ist parallel zu einer Detektionsoberfläche 18 des Detektors. Der Kippwinkel b ist bevorzugt variierbar. Mithilfe des Kippspiegels 15 ist ein Shear-Element zur Vershearung der Sekundär-Strahlung 11 und damit zur Erzeugung eines Interferenzmusters gebildet.
In weiteren, nicht dargestellten Ausführungsbeispielen kann der Kippspiegel 15 auch mit dem Spiegel 14 vertauscht sein. Entsprechend ist der Kippspiegel dann gegenüber einer Ebene verkippt, die senkrecht auf der Detektionsoberfläche 18 des Detektors 16 steht. In wiederum anderen Ausführungsbeispielen kann das Shearografiesystem auch ein anderes Shear-Element, beispielsweise ein durch ein Biprisma realisiertes Shear-Element, aufweisen.
Zur Verdeutlichung der Funktionsweise des Empfängers 10 ist in 2 ein exemplarischer Strahlengang der Sekundär-Strahlung 11 dargestellt. Mithilfe von Pfeilen ist die jeweilige Ausbreitungsrichtung des exemplarischen Lichtstrahls gezeigt. Die Sekundär-Strahlung 11 tritt in den Empfänger 10 ein und trifft auf den Strahlteiler 13. Am Strahlteiler 13 wird ein Teil der Sekundär-Strahlung 11 zu dem Spiegel 14 durchgelassen, und von diesem reflektiert. Die vom Spiegel 14 reflektierte Strahlung wird am Strahlteiler 13 in Richtung der Detektionsoberfläche 18 des Detektors 16 gespiegelt. Ein weiterer Teil der in den Empfänger 10 fallenden Sekundär-Strahlung 11 wird mithilfe des Strahlteilers 13 in Richtung des Kippspiegels 15 reflektiert. Am Kippspiegel 15 wird dieser Anteil der Strahlung wiederum reflektiert. Aufgrund des Kippwinkels b wird die Strahlung jedoch hierbei um den Winkel 2b abgelenkt. Die abgelenkte Strahlung wird durch den Strahlteiler 13 hindurch zu der Detektionsoberfläche 18 des Detektors 16 transmittiert und dort detektiert. Aufgrund der Ablenkung der vom Kippspiegel 15 in Richtung des Detektors 16 reflektierten Sekundär-Strahlung 11 wird eine optische Weglänge dieser Strahlung verlängert. Hierdurch resultiert ein Phasenunterschied, sodass die vom Spiegel 14 und vom Kippspiegel 15 zum Detektor 16 gelangende Sekundär-Strahlung 11 interferiert. Der Detektor 16 zeichnet das entsprechende Interferenzmuster auf.
Im Folgenden wird der Ablauf des Dichtheitsprüfverfahrens 2 anhand der 3 erläutert.
In einem Bereitstellungsschritt 20 werden die auf Dichtheit hin zu überprüfenden Verpackungen 6 mit den darin verpackten Objekten 7 bereitgestellt. In dem in 1 dargestellten Beispiel werden die Verpackungen 6 in dem Innenraum 5 der Druckkammer 3 platziert. Die Platzierung erfolgt derart, dass die mithilfe der Sender 8 erzeugte Primär-Strahlung 9 auf die Einstrahlflächen 12 der Verpackungen 6 trifft und die hieraus resultierende Sekundär-Strahlung 11 mithilfe des Empfängers 10 detektiert werden kann.
An den Bereitstellungsschritt 20 schließt sich ein erster Messschritt 21 an. Bei einem Einstrahlvorgang 22 wird die Primär-Strahlung 9 auf die Einstrahloberfläche 12 der Verpackungen 6 eingestrahlt. In einem Detektionsvorgang 23 wird auf die Primär-Strahlung 9 zurückgehende Sekundär-Strahlung 11 detektiert. Hierbei wird aus der Sekundär-Strahlung 11 mithilfe des Empfängers 10 ein erstes Interferenzmuster erzeugt und detektiert. Die Durchführung des ersten Messschritts 21 ist schematisch in 1 gezeigt. Die Primär-Strahlung 9 wird auf die Einstrahloberflächen 12 der Verpackungen 6 eingestrahlt und die hieraus resultierende Sekundär-Strahlung 11 wird mithilfe des Empfängers 10 detektiert.
In einem Druckänderungsschritt 24 wird der Umgebungsdruck p, der zumindest auf einen Teilbereich der zu vermessenden Verpackungen 6 wirkt, geändert. Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel wird mithilfe der Vakuumpumpe 4 der Umgebungsdruck p im Innenraum 5 der Druckkammer 3 geändert. Hierzu wird beispielsweise Luft aus dem Innenraum 5 abgesaugt. Der Umgebungsdruck p in dem Innenraum 5 wird hierdurch reduziert.
Die Erzeugung des Druckunterschieds im Druckänderungsschritt 24 wird anhand der 1 und 4 im Detail erläutert. 4 zeigt einen Ausschnitt der Vorrichtung 1 gemäß 1 nach dem Druckänderungsschritt 24. In 1 ist die Situation vor dem Druckänderungsschritt 24 gezeigt. Nach dem Bereitstellungsschritt 20 sind die Verpackungen 6 in dem Innenraum 5 der Druckkammer 3 angeordnet. Da zur Bereitstellung der Verpackungen 6 der Druckraum 3 geöffnet werden muss, ist es praktikabel - wenn auch nicht zwingend erforderlich - den ersten Messschritt 21 bei Atmosphärendruck durchzuführen. Nach dem Druckänderungsschritt 24 ist der Umgebungsdruck p im Innenraum 5 gegenüber dem Atmosphärendruck reduziert.
Der geänderte Umgebungsdruck p wirkt daher auf die Verpackungen 6. Wie in den 1 und 4 dargestellt, weist die rechte Verpackung 6 Undichtigkeiten 25 auf. Die rechte Verpackung 6 ist undicht. Bei den Undichtigkeiten 25 handelt es sich um mikro- und/oder makroskopische Strukturen wie beispielsweise Risse. Die Undichtigkeiten 25 können beispielsweise unbeabsichtigt in Folge von Beschädigungen beim Transport und/oder beim Herstellungsprozess und/oder durch Materialfehler entstanden sein. Die linke Verpackung 6 weist keine derartigen Undichtigkeiten auf und ist dicht. Der angelegte Druckunterschied wirkt daher unterschiedlich auf die linke und die rechte Verpackung 6. Die dichte Verpackung 6 weist einen Innendruck auf, der sich von dem geänderten Umgebungsdruck p unterscheidet und beult daher zumindest im Bereich der Einstrahloberfläche 12 aus. Über die Undichtigkeiten 25 der rechten Verpackung 6 findet ein Druckausgleich statt. Die rechte Verpackung 6 wird daher weniger verformt.
Die Auswertung der Dichtheitsprüfung macht sich die Verformung der Verpackungen 6 und/oder darin verpackten Objekte 7 zunutze. Der anzulegende Druckunterschied ist daher bevorzugt an die jeweils zu überprüfenden Verpackungen 6 und/oder die darin verpackten Objekte 7 angepasst. Der Druckunterschied wird vorteilhafterweise in Abhängigkeit der Steifigkeit der Verpackungen 6 gewählt. In dem Druckänderungsschritt 24 wird der Umgebungsdruck p bevorzugt um höchstens 200 mbar, insbesondere um höchstens 100 mbar, insbesondere um höchstens 50 mbar, insbesondere um höchstens 25 mbar geändert. Die hierdurch resultierenden Druckunterschiede sind wesentlich geringer als die Druckunterschiede, die bei konventionellen Dichtheitsprüfungen erforderlich sind. Das Dichtheitsprüfverfahren 2 kann mit geringem Rüstaufwand und mit geringen Verfahrensdauern durchgeführt werden. Ein weiterer Vorteil der geringen Druckunterschiede besteht darin, dass eine dauerhafte Verformung und/oder Beschädigung dichter Verpackungen 6 vermieden ist. Für Folienverpackungen reicht bereits ein Druckunterschied zwischen 0,1 mbar bis 2 mbar aus. Bei Medikamentenfläschchen aus Glas oder Metall ist beispielsweise ein Druckunterschied zwischen 5 mbar und 20 mbar, insbesondere von etwa 10 mbar, ausreichend.
An den Druckänderungsschritt 24 schließt sich ein zweiter Messschritt 26 an. Der zweite Messschritt 26 entspricht in seiner Durchführung im Wesentlichen dem ersten Messschritt 21. Der zweite Messschritt 26 weist einen Einstrahlvorgang 22 und einen Detektionsvorgang 23 auf. Im Unterschied zu dem ersten Messschritt 21 wird der zweite Messschritt 26 durchgeführt, während der Umgebungsdruck p zumindest temporär aufgrund des Druckänderungsschritts 24 geändert ist. Im zweiten Messschritt 26 wird ein zweites Interferenzmuster erzeugt und detektiert. Das zweite Interferenzmuster spiegelt Änderungen an der Verpackung 6 bzw. den darin verpackten Objekten 7 aufgrund des geänderten Umgebungsdruck p wider.
An den zweiten Messschritt 26 schließt sich ein Auswerteschritt 27 an. Im Auswerteschritt 27 erfolgt ein Abgleich des ersten Interferenzmusters des ersten Messschritts 21 mit dem zweiten Interferenzmuster des zweiten Messschritts 26. Hierzu werden die jeweiligen Interferenzmuster überlagert und hierüber eine ortsaufgelöste Gesamt-Phasendifferenz bestimmt. Durch den Abgleich der Interferenzmuster der beiden Messschritte 21, 26 können Verformungen der Verpackungen 6 und/oder der darin verpackten Objekte 7 bestimmt werden. Da sich die Verpackungen 6 abhängig von deren Dichtheit unterschiedlich verformen (vgl. 4), kann aus dem ortsaufgelösten Phasenunterschied auf die Dichtheit der jeweiligen Verpackung 6 rückgeschlossen werden.
Bei dem in den 1 bis 4 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Einstrahloberflächen 12 der Verpackungen 6 zumindest teilweise für die Primär-Strahlung 9 opak. Beispielsweise kann die gesamte Einstrahloberfläche 12 opak sein, insbesondere indem die Verpackung 6 insgesamt lichtundurchlässig ist. Bei den in den 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispielen können jedoch auch Verpackungen 6 verwendet werden, die an sich transparent sind, im Bereich der Einstrahloberfläche 12 jedoch nicht transparente Bereiche aufweisen, beispielsweise aufgedruckte Barcodes, Aufkleber und/oder anderweitige Aufdrucke. Zumindest ein Teil der Primär-Strahlung 9 wird an für die Primär-Strahlung 9 undurchlässigen Bereichen der Einstrahloberflächen 12 der Verpackungen 6 reflektiert. Die Sekundär-Strahlung 11 ist daher zumindest zum Teil auf an den Einstrahloberfläche 12 reflektierte Primär-Strahlung 9 zurückzuführen. Beispielhaft sind in 4 zwei Strahlengänge der Primär-Strahlung 9 und der an der Einstrahloberfläche 12 reflektierten Sekundär-Strahlung 11 gezeigt.
Bei dem bisher beschriebenen Ausführungsbeispiel werden der erste Messschritt 21 und der zweite Messschritt 26 jeweils nur einmal durchgeführt und die entsprechend ermittelten Interferenzmuster im Auswerteschritt 27 abgeglichen. Vorteilhafterweise werden die Messschritte 21, 26 jeweils mehrfach ausgeführt. Hierdurch kann insbesondere die Messgenauigkeit erhöht werden, insbesondere für die quantitative Auswertung. Die Möglichkeit der mehrfachen Durchführung der Messschritte 21, 26 ist in 3 durch die gestrichelt gezeichneten Wiederholungsschleifen 32 angedeutet. Verschiedene Wiederholungen der Messschritte 21, 26 können beispielsweise mit einer unterschiedlichen Phasenverschiebung im Empfänger 10 vermessen werden. Als besonders geeignet hat sich jeweils eine Phasenverschiebung um π/2 erwiesen. Besonders bevorzugt werden die Messschritte 21, 26 jeweils dreimal oder viermal, insbesondere mit einer jeweiligen Phasenverschiebung von π/2, durchgeführt.
Bei der mehrmaligen Durchführung des ersten Messschritts 21 und des zweiten Messschritts 26 werden jeweils erste beziehungsweise zweite Interferenzmuster erzeugt und detektiert. Für den späteren Abgleich der Interferenzmuster hat es sich als praktikabel erwiesen, aus den ersten Interferenzmustern ein erstes Phasenbild und aus den zweiten Interferenzmustern ein zweites Phasenbild zu bestimmen. Der Abgleich der Interferenzmuster erfolgt dann anhand eines Abgleichs des ersten Phasenbildes mit dem zweiten Phasenbild. Mittels des Abgleichs wird eine ortsaufgelöste Phasendifferenz bestimmt. Die Phasendifferenz kann beispielsweise graphisch wiedergeben und ausgewertet werden. Hierdurch ist insbesondere eine qualitative Auswertung, insbesondere eine qualitative Charakterisierung der Verpackungen als dicht oder undicht, möglich.
In 5a und 5b sind beispielhafte Auswerteergebnisse des Auswerteschritts 27 an unterschiedlichen Verpackungen gezeigt.
In 5a ist das Ergebnis einer beispielhaften Messung an zwei Medikamentenflaschen 30 gezeigt. Die Vermessung erfolgte am Boden der Medikamentenflaschen 30. Der Boden der Medikamentenflaschen 30 bildet daher eine Einstrahlfläche. Die Abbildung zeigt den ortsaufgelösten Phasenunterschied, der durch Abgleich eines ersten Phasenbilds mit einem zweiten Phasenbild erhalten wird. Das erste und zweite Phasenbild werden aus den Interferenzmustern eines mehrfach durchgeführten ersten Messschritts 21 bzw. eines mehrfach durchgeführten zweiten Messschritts 26 bestimmt. Der Phasenunterschied ist in Graustufen qualitativ dargestellt. Zur Dichtheitsprüfung der Medikamentenflaschen 30 wurde ein Druckunterschied von 10 mbar angelegt.
Die links in 5a dargestellte Medikamentenflasche 30 ist undicht, während die rechts dargestellte Medikamentenflasche 30 dicht ist. Die undichte, links dargestellte Medikamentenflasche ermöglicht einen Druckausgleich bei Änderung des Umgebungsdrucks p. Hierdurch resultieren nur minimale Oberflächenverformungen. Aufgrund der minimalen Verformungen in der Größenordnung der Wellenlänge der Primär-Strahlung 9 zeigt der aus dem Abgleich erhaltene Phasenunterschied ein charakteristisches Interferenzmuster, das die links dargestellte Medikamentenflasche 30 als undicht identifiziert. Im Gegensatz dazu wird der Boden der rechten, dichten Medikamentenflasche 30 aufgrund des angelegten Druckunterschieds deutlich stärker verformt. Die Verformung ist größer als die Größenordnung der Wellenlänge, sodass anstatt eines Interferenzmusters ein Rauschmuster resultiert. Das erhaltene Rauschmuster zeigt an, dass die rechts dargestellte Medikamentenflasche 30 dicht ist.
In 5b wird eine entsprechende Messung an zwei Blisterverpackungen 31 gezeigt. Im Druckänderungsschritt 24 wurde hierzu ein Druckunterschied zwischen 0,1 mbar und 2 mbar erzeugt. Die linke Blisterverpackung 31 ist undicht, wohingegen die rechte Bilsterverpackung 31 dicht ist. Aufgrund eines über die Undichtigkeiten möglichen Druckausgleichs wird die Einstrahloberfläche der linken Blisterverpackung 31 nur minimal verformt, sodass wiederum ein charakteristisches Interferenzmuster resultiert. Die dichte, rechts dargestellte Blisterverpackung 31 wird um ein Vielfaches stärker verformt, sodass ein Rauschmuster resultiert. Wiederum kann anhand der resultierenden Interferenz- bzw. Rauschmuster eine Unterscheidung zwischen dichten und undichten Verpackungen erfolgen.
Bei den in 5a und 5b dargestellten Ausführungsbeispielen wird zwischen dichten und undichten Verpackungen unterschieden, indem die Phasenunterschiede anhand resultierender Interferenz- bzw. Rauschmuster qualitativ ausgewertet werden. In anderen, nicht dargestellten Ausführungsbeispielen, ist auch eine quantitative Auswertung möglich. Insbesondere für undichte Verpackungen können die Verformungen und damit potentielle Undichtigkeiten quantifiziert werden.
In 6 ist ein weiterer Anwendungsfall des Dichtheitsprüfverfahrens 2 gezeigt. Identische Komponenten tragen die gleichen Bezugszeichen wie in der vorstehend unter Bezugnahme auf die 1 bis 4 bereits beschriebenen Variante, auf die hiermit verwiesen wird. Konstruktiv unterschiedliche, jedoch funktionell gleichartige Komponenten tragen die gleichen Bezugszeichen mit einem nachgestellten a.
Die in 6 gezeigte Anwendung des Dichtheitsprüfverfahrens 2 wird ebenfalls mit der Vorrichtung 1 gemäß 1 durchgeführt. In 6 zeigt einen Ausschnitt der Vorrichtung 1. Der Anwendungsfall unterscheidet sich nur in den auf Dichtheit zu überprüfenden Verpackungen 6a und den darin verpackten Objekte 7a. In 6 ist die Durchführung des zweiten Messschritts 26 gezeigt, also ein Zustand mit temporär veränderten Umgebungsdruck p.
Die Verpackungen 6a sind zumindest im Bereich der Einstrahloberflächen 12a für die Primär-Strahlung 9 transparent. Eine Reflexion der Primär-Strahlung 9 an der Einstrahloberfläche 12a findet nicht statt. Die Primär-Strahlung 9 durchdringt die Einstrahl-Oberfläche 12a und trifft auf das verpackte Objekt 7a. Die Primär-Strahlung 9 wird an dem Objekt 7a reflektiert und tritt als Sekundär-Strahlung 11 wiederum durch die transparente Einstrahloberfläche 12a. Die Sekundär-Strahlung 11 resultiert daher aus einer Reflexion der Primär-Strahlung 9 an dem verpackten Objekt 7a. Der in 6 dargestellte Anwendungsfall erweitert die Anwendung des Dichtheitsprüfverfahrens 2 auf für die Primär-Strahlung 9 transparente, insbesondere vollständig transparente Verpackungen 6a. Das Dichtheitsprüfverfahren 2 ermöglicht insbesondere die Dichtheitsprüfung von für die Primär-Strahlung 9 vollständig transparenten Verpackungen 6a.
Aufgrund der Transparenz der Verpackungen 6a, zumindest im Bereich der Einstrahloberfläche 12a, kann eine Verformung der Verpackung 6a nicht detektiert werden. Das Verfahren macht sich jedoch zunutze, dass bei dichten Verpackungen 6a, wie rechts in 6 dargestellt, der angelegte Druckunterschied im Wesentlichen auf die Verpackung 6a wirkt. Das verpackte Objekt 7a verformt sich daher bei der dichten Verpackung 6a nur minimal. Im Gegensatz hierzu kann der Druckunterschied über Undichtigkeiten 25 in der Verpackung 6a auf das in der Verpackung 6a verpackte Objekt 7a wirken. Dies ist für die rechte Verpackung 6a in 6 dargestellt. Das in der undichten Verpackung 6a verpackte Objekt 7a wird aufgrund des angelegten Druckunterschieds verformt. Die Verformung des Objekts 7a kann durch die an dem Objekt 7a reflektierte Primär-Strahlung 9 detektiert werden.
Zwischen der Einstrahloberfläche 12a und dem Objekt 7a ist in dem in 6 gezeigten Anwendungsfall ein Abstand in Form eines Luftpolsters 35 ausgebildet. Die Einstrahloberfläche 12a und das Objekt 7a sind voneinander durch das Luftpolster 35 beabstandet. Dies begünstigt eine besonders genaue Dichtheitsprüfung der transparenten Verpackungen 6a. Aufgrund des Luftpolsters 35 kann sich das Objekt 7a in undichten Verpackungen ungehindert verformen. Im Gegenzug führen Verformungen der Verpackung 6a, insbesondere bei dichten Verpackungen 6a, nicht zu einer Verformung des Objekts 7a. Hierdurch ist eine besonders zuverlässige und genaue Charakterisierung der zu vermessenden Verpackungen 6a als dicht bzw. undicht gewährleistet.
Für den in 6 gezeigten Anwendungsfall ist es vorteilhaft, aber nicht zwingend erforderlich, wenn die Verpackung 6a eine höhere Steifigkeit aufweist als das Objekt 7a. Hierdurch werden Verformungen der Verpackung 6a, insbesondere im Bereich der Einstrahloberfläche 12a minimiert. Störende Einflüsse aufgrund einer Verformung der Verpackung 6a auf die Durchführung der Messschritte 21, 26 und den Auswerteschritt 27 sind minimiert. Messartefakte sind vermieden. Messartefakte können insbesondere die quantitative Bestimmung von Verformungen erschweren.
Bei den Objekten 7a handelt es sich insbesondere um massive Objekte. Beispiele sind insbesondere Tabletten, Lebensmittel (z.B. Fleisch, Brot, ...) und/oder Vergleichbares. Der für die Dichtheitsprüfung einzustellende Druckunterschied wird vorteilhafterweise an der Steifigkeit des verpackten Objekts 7a bemessen. Für die Prüfung von Kunststoffobjekten haben sich beispielsweise Druckdifferenzen im zwei- bis sehr niedrigen dreistelligen Millibar-Bereich als geeignet erwiesen. Wiederum sind nur geringe Druckänderungen erforderlich, was zu einer schnellen und effizienten Dichtheitsprüfung führt.
In 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Anordnung 40 mit einer Vorrichtung 1b zur Dichtheitsprüfung von Verpackungen gezeigt. Identische Komponenten tragen die gleichen Bezugszeichen wie in der vorstehend unter Bezugnahme auf die 1 bereits beschriebenen Variante, auf die hiermit verwiesen wird. Konstruktiv unterschiedliche, jedoch funktionell gleichartige Komponenten tragen die gleichen Bezugszeichen mit einem nachgestellten b.
Vorrichtung 1b weist eine Druckhaube 41 auf. In die Druckhaube 41 sind die Sender 8 für die Primär-Strahlung 9 und der Empfänger 10 zur Erzeugung und Detektion eines Interferenzmusters aus der Sekundär-Strahlung 11 integriert.
In der Anordnung 40 ist die Vorrichtung 1b, insbesondere die Druckhaube 41, oberhalb einer Förderanlage 42 angeordnet. Die Förderanlage 42 ist ein Transportband. Selbstverständlich können auch beliebige andere Förderanlagen bzw. Fördertechniken verwendet werden. Mithilfe der Förderanlage 42 werden die in den Verpackungen 6 verpackten Objekte 7 gefördert. Die Anordnung 40, insbesondere die Druckhaube 41, ist daher in eine Produktionsanlage bzw. Lageranlage integriert. Mithilfe der Anordnung 40 ist eine In-Line-Dichtheitsprüfung von mithilfe der Förderanlage 42 geförderten Verpackungen 6 möglich.
Mithilfe der Förderanlage 42 werden die auf Dichtheit hin zu überprüfenden Verpackungen 6 in einer Förderrichtung A gefördert. Durch die Förderanlage 42 werden die Verpackungen 6 mit den darin verpackten Objekten 7 in den Bereitstellungsschritt 20 unterhalb der Vorrichtung 1b bereitgestellt. Hieraufhin wird der erste Messschritt 21 durchgeführt. Der Druckänderungsschritt 24 erfolgt mithilfe der Druckhaube 41. Hierfür kann die Druckhaube 41 Luft ansaugen, wie dies mithilfe der Pfeile 43 schematisch dargestellt ist. Durch die Luftansaugung wird der auf die zu vermessenden Verpackungen 6 wirkende Umgebungsdruck p geändert. Während der Luftansaugung erfolgt der zweite Messschritt 26. In dem darauf folgenden Auswerteschritt 27 werden die Interferenzmuster der Messschritte 21 und 26 verglichen.
Insbesondere aufgrund der nur geringen erforderlichen Druckunterschiede kann die Druckhaube 41 berührungslos arbeiten. Ein Absenken der Druckhaube 41 ist nicht erforderlich. Aufgrund der geringen Druckunterschiede ist zudem eine effiziente und schnelle Durchführung des Druckänderungsschritts 24 sowie des zweiten Messschritts 26 möglich. Die Durchführung des Dichtheitsprüfverfahrens kann mit geringen Verfahrenszeiten erfolgen. Die Förderung der Verpackungen 6 in Förderrichtung A muss nur für einen geringen Zeitraum angehalten werden. Die Dichtheitsprüfung ist ohne Zeitverlust in bestehende Förderanlagen integrierbar. Insbesondere können bestehende Förderanlagen mit entsprechenden Vorrichtungen 1b nachgerüstet werden.
Die Vorrichtung 1b kann auch für die Dichtheitsprüfung von für die Primär-Strahlung 9 transparenten, insbesondere vollständig transparenten, Verpackungen verwendet werden.
In weiteren nicht dargestellten Ausführungsbeispielen kann die Druckhaube auch auf die Förderanlage abgesenkt werden. Insbesondere kann die Druckhaube nach dem Absenken mit der Förderanlage eine Druckkammer bilden. Hierdurch ist es insbesondere möglich, auch große Druckunterschiede zu erzeugen. Dies ist insbesondere bei der Dichtheitsprüfung von Verpackungen mit hoher Steifigkeit und/oder anhand der Verformung der verpackten Objekte, insbesondere massiver Objekte, vorteilhaft.
Bei den hier diskutierten Ausführungsbeispielen erfolgt die Einstrahlung der Primär-Strahlung über zumindest einen Teilbereich der Oberfläche der mindestens einen Verpackung. Im Regelfall wird die Primär-Strahlung nur auf einen Teilbereich der Oberfläche der mindestens einen Verpackung eingestrahlt. Es wird gegebenenfalls nur die Verformung eines Teilbereichs der Oberfläche der mindestens einen Verpackung vermessen. Dies ist für das Dichtheitsprüferverfahren 2 ausreichend. Eine Einstrahlung über die gesamte Oberfläche der Verpackung ist nicht erforderlich. Grund hierfür ist, dass die Dichtheit eine Volumeneigenschaft der gesamten Verpackung ist. Egal an welcher Stelle Undichtigkeiten auftreten, führen diese zu einem Druckausgleich, der sich in einer weniger starken Verformung an beliebigen Verpackungsteilen registrieren lässt. Die Dichtheitsprüfung kann daher nur in Teilbereichen der Verpackungsoberfläche erfolgen. Das Verfahren ist effizient und genau. In anderen, nicht dargestellten Ausführungsbeispielen kann auch die gesamte Verpackungsoberfläche vermessen werden. Insbesondere können verschiedene Teilbereiche sukzessive vermessen werden.
In 8 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 1c zur Dichtheitsprüfung von Verpackungen gezeigt. Identische Komponenten tragen die gleichen Bezugszeichen wie in der vorstehend unter Bezugnahme auf die 1 bereits beschriebenen Variante. Konstruktiv unterschiedliche, jedoch funktionell gleichartige Komponenten tragen die gleichen Bezugszeichen mit einem nachgestellten kleinen c.
Die Vorrichtung 1c weist eine Druckkammer 3 und eine als Vakuumpumpe 4 ausgebildete Druckbeeinflussungseinheit auf. Mit Hilfe der Vakuumpumpe 4 kann der in dem Innenraum 5 der Druckkammer 3 herrschende Umgebungsdruck p variiert werden, wie dies in Bezug auf die vorstehenden Ausführungsbeispiele beschrieben wurde.
Im Innenraum 5 der Druckkammer 3 ist eine bespielhaft gezeigte Verpackung 6c mit einem nicht dargestellten darin verpackten Objekt angeordnet. Die Verpackung 6c weist eine Einstrahloberfläche 12c auf. Mit Hilfe der Sender 8, die als Laserdioden ausgebildet sind, wird die Primär-Strahlung 9 auf die Einstrahloberfläche 12c der Verpackung 6c eingestrahlt. Die Primär-Strahlung 9 ist aufgeweitete Laserstrahlung. Die Sender 8 weisen jeweils eine Linse 45 zur Aufweitung der Laserstrahlen auf.
Die mit Hilfe der beiden Sender 8 eingestrahlte Primär-Strahlung 9 interferiert auf der Einstrahloberfläche 12c unter Bildung eines Interferenzmusters in Form eines Specklemusters 46.
Von der Einstrahloberfläche 12c ausgehende, Sekundär-Strahlung wird mit Hilfe des Empfängers 10c detektiert. Der Empfänger 10c ist als Kamera ausgebildet. Die detektierte Sekundär-Strahlung enthält Informationen über das Specklemuster 46.
Die Kamera ist in Signalverbindung mit einer Auswerteeinheit 19c. Die Auswerteeinheit 19c kann beispielsweise als Computer oder Mikrocontroller ausgebildet sein.
Die Vorrichtung 1c ist insbesondere zur Durchführung des oben beschriebenen Dichtheitsprüfverfahrens geeignet. Beispielsweise können mindestens ein erster Messschritt und mindestens ein zweiter Messschritt durchgeführt werden, wobei jeweils das auf die Primärstrahlung 9 zurückgehende Specklemuster 46 detektiert wird. Zwischen den Messschritten kann mit Hilfe der Vakuumpumpe 4 der Umgebungsdruck p geändert werden.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 8 wird das für den Abgleich heranzuziehende erste Interferenzmuster und zweite Interferenzmuster nicht aus der Sekundärstrahlung erzeugt, sondern das auf die Primärstrahlung 9 zurückgehendes Specklemuster 46 direkt gemessen. Teure Messsysteme, insbesondere Shear-Elemente oder Interferometer, sind nicht erforderlich. Ein weiterer Vorteil dieses Ausführungsbeispiels besteht darin, das die Detektion und der Abgleich der Specklemuster 46 eine Dichtheitsüberprüfung ermöglicht, die weniger empfindlich gegenüber Störungen, beispielsweise Vibrationen und/oder Verformungen der Verpackung 6c und/oder des darin befindlichen Objekts, ist. Die Vorrichtung 1c ermöglicht damit eine einfache, flexible und störunanfällige Dichtheitsüberprüfung, die sich besonders gut zum Einsatz in harschen Umgebungen, beispielsweise im Produktionsumfeld, eignet. Damit ist die Vermessung von Specklemustern 46 für die Dichtheitsprüfung besonders gut dafür geeignet, in-line eingesetzt zu werden, wie dies beispielsweise unter Verwendung einer Druckhaube in 7 gezeigt ist.
Bei dem in 8 gezeigten Ausführungsbeispiel wird das Specklemuster 46 detektiert, das sich auf der Einstrahloberfläche 12c der Verpackung 6c bildet. Es wird daher ein nicht-transparenter Bereich der Verpackung 6c vermessen, auf dem sich die Specklemuster bilden. In anderen, nicht gezeigten Ausführungsbeispielen, kann auch eine Verpackung mit transparenter Einstrahloberfläche vermessen werden. Die Specklemuster können sich dann auf der Oberfläche des in der Verpackung verpackten Objekts ausbilden. Die Vermessung von Specklemustern eignet sich daher für alle oben in Bezug auf andere Ausführungsbeispiele beschriebenen Varianten der Dichtheitsprüfung.
Zum Abgleich der Interferenzmuster werden die in den unterschiedlichen Messschritten detektierten Specklemuster 46 voneinander subtrahiert. Für Verpackungen 6c, die undicht sind und bei einer Druckänderung keine oder nur eine vorrübergehende Verformung erfahren, sind die in den unterschiedlichen Messschritten gemessenen Specklemuster im Wesentlichen gleich, sodass deren Differenz gering ist, insbesondere im Wesentlichen null ist. Dichte Verpackungen, die sich für die gesamte Dauer der Druckänderung verformen, führen zu einer endlichen Differenz des Specklemusters. Auf Basis der Differenzwerte kann einfach auf die Dichtheit der Verpackung geschlossen werden. Zudem kann ein zeitlicher Verlauf der Differenzwerte vor und nach der Druckänderung vermessen und ausgewertet werden. Hierüber können vorteilhafterweise Rückschlüsse über das Maß der Undichtheit geschlossen werden. Beispielsweise kann ermittelt werden, wie schnell sich eine temporäre Verformung aufgrund eines über Undichtheiten erfolgenden Druckausgleichs abnimmt.
Durch die Detektion mit Hilfe einer Kamera 10c können die Specklemuster 46 auf einfache Weise ortsaufgelöst detektiert und ausgewertet werden. In besonders vorteilhaften Ausführungsbeispielen erfolgt eine grafische Auswertung des Abgleichs der Specklemuster 46, insbesondere der Differenz der Specklemuster 46. Dies kann entweder durch einen Bediener oder, vorzugsweise, automatisiert durch einen Algorithmus erfolgen. Beispielsweise kann eine Darstellung in Graustufen die Größe der Differenz abbilden. Der Algorithmus kann dann die Helligkeit in einzelnen Bereichen analysieren. Überschreitet die Helligkeit einen vordefinierten Grenzwert, ist dies ein Hinweis darauf, dass eine Undichtigkeit vorliegt.

Claims

Verfahren zur Dichtheitsprüfung mindestens einer Verpackung (6; 6a; 6c; 30; 31), mit den folgenden Schritten: - Bereitstellen mindestens einer Verpackung (6; 6a; 6c; 30; 31), wobei die mindestens eine Verpackung (6; 6a; 6c; 30; 31) jeweils eine Einstrahloberfläche (12; 12a; 12c) aufweist, - Durchführen mindestens eines ersten Messschritts (21), wobei jeweils -- Primär-Strahlung (9) auf die Einstrahloberfläche (12; 12a; 12c) der mindestens einen Verpackung (6; 6a; 6c; 30; 31) eingestrahlt wird und -- ein erstes Interferenzmuster, das auf die Primär-Strahlung (9) zurückgeht, detektiert wird, - zumindest temporäres Ändern eines zumindest auf einen Teilbereich der mindestens einen Verpackung (6; 6a; 6c; 30; 31) wirkenden Umgebungsdrucks (p), - Durchführen mindestens eines zweiten Messschritts (26) während der Umgebungsdruck (p) geändert ist, wobei jeweils -- Primär-Strahlung (9) auf die Einstrahloberfläche (12; 12a; 12c) der mindestens einen Verpackung (6; 6a; 6c; 30; 31) eingestrahlt wird und -- ein zweites Interferenzmuster, das auf die Primär-Strahlung (9) zurückgeht, detektiert wird, - Abgleichen des mindestens einen ersten Interferenzmusters mit dem mindestens einen zweiten Interferenzmuster zur Bestimmung einer Dichtheit der mindestens einen Verpackung (6; 6a; 6c; 30; 31).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine erste Interferenzmuster und/oder das mindestens eine zweite Interferenzmuster in den jeweiligen Messschritten (21, 26) aus einer auf die eingestrahlte Primär-Strahlung (9) zurückgehenden Sekundär-Strahlung (11) erzeugt wird, insbesondere unter Verwendung eines Shear-Elements (15).
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das detektierte mindestens eine erste Interferenzmuster und/oder das detektierte mindestens eine zweite Interferenzmuster ein auf die im jeweiligen Messschritt (25, 26) eingestrahlte Primär-Strahlung (9) zurückgehendes Specklemuster (46) ist.
Verfahren nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Messschritt (21) und/oder der zweite Messschritt (26) mehrmals durchgeführt werden.
Verfahren nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem mindestens einen ersten Interferenzmuster und dem mindestens einen zweiten Interferenzmuster jeweils ein Phasenbild ermittelt wird und der Abgleich der Interferenzmuster anhand der Phasenbilder erfolgt.
Verfahren nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Umgebungsdruck (p) zwischen den Messschritten (21, 26) um höchsten 200 mbar, insbesondere um höchstens 100 mbar, insbesondere um höchstens 50 mbar, insbesondere um höchstens 25 mbar, insbesondere um höchstens 20 mbar, insbesondere um höchstens 15 mbar, geändert wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Umgebungsdruck (p) mithilfe einer Druckhaube (41), insbesondere mithilfe einer berührungslos arbeitenden Druckhaube (41), geändert wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Verpackung (6; 6c; 30; 31) im Bereich der Einstrahloberfläche (12) zumindest teilweise undurchlässig für die Primär-Strahlung (9) ist.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Verpackung (6a) im Bereich der Einstrahloberfläche (12a) transparent für die Primär-Strahlung (9) ist.
Verfahren nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Verpackung (6; 6a; 30; 31) im Bereich der Einstrahloberfläche (12; 12a) von mindestens einem darin verpackten Objekt (7; 7a) beabstandet ist, insbesondere durch ein Luftpolster (35) beabstandet ist.
Verfahren nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Verpackung (6; 6a; 6c; 30; 31) zumindest im Bereich der Einstrahloberfläche eine höhere Steifigkeit aufweist als mindestens ein darin verpacktes Objekt (7; 7a).
Vorrichtung zur Dichtheitsprüfung mindestens einer Verpackung (6; 6a; 6c; 30; 31) aufweisend - mindestens einen Sender (8) zur Abstrahlung von Primär-Strahlung (9), - mindestens einen Empfänger (10; 10c) zur Detektion eines Interferenzmusters, - mindestens eine Druckbeeinflussungseinheit (4; 41) zur Änderung eines Umgebungsdrucks (p) und - eine Auswerteeinheit (19; 19c), wobei die Auswerteeinheit (19; 19c) zur Durchführung eines Verfahren mit folgenden Schritten ausgelegt ist: -- Durchführen mindestens eines ersten Messschritts (21), wobei jeweils --- Primär-Strahlung (9) mithilfe des mindestens einen Senders (8) auf eine Einstrahloberfläche (12; 12a; 12c) mindestens einer Verpackung (6; 6a; 6c; 30; 31) eingestrahlt wird, --- ein erstes Interferenzmuster, das auf die Primär-Strahlung (9) zurückgeht, mithilfe des mindestens einen Empfängers (10; 10c) detektiert wird, -- zumindest temporäres Ändern eines zumindest auf einen Teilbereich der mindestens einen Verpackung (6; 6a; 6c; 30; 31) wirkenden Umgebungsdrucks (p) mithilfe der mindestens einen Druckbeeinflussungseinheit (4; 41), — Durchführen mindestens eines zweiten Messschritts (26) während der Umgebungsdruck (p) geändert ist, wobei jeweils --- Primär-Strahlung (9) mithilfe des mindestens einen Senders (8) auf eine Einstrahloberfläche (12; 12a; 12c) der mindestens einen Verpackung (6; 6a; 6c; 30; 31) eingestrahlt wird, --- ein zweites Interferenzmuster, das auf die Primär-Strahlung (9) zurückgeht, mithilfe des mindestens einen Empfängers (10; 10c) detektiert wird, — Abgleichen des mindestens einen ersten Interferenzmusters mit dem mindestens einen zweiten Interferenzmuster zur Bestimmung einer Dichtheit der mindestens einen Verpackung (6; 6a; 6c; 30; 31).
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckbeeinflussungseinheit eine Druckhaube (41), insbesondere eine berührungslos arbeitende Druckhaube (41), ist.
Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Empfänger (10) mindestens ein Shear-Element (15) zur Erzeugung der Interferenzmuster aufweist.
Anordnung zur Dichtheitsprüfung von mindestens einer Verpackung (6; 6a;6c; 30; 31), aufweisend - mindesten eine Förderanlage (42) zur Förderung der zu überprüfenden mindestens einen Verpackung (6; 6a; 6c; 30; 31) und - mindestens eine Vorrichtung (1; 1b; 1c) nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei die Vorrichtung (1; 1b; 1c) derart relativ zu der mindestens einen Förderanlage (42) angeordnet ist, dass die mithilfe der mindestens einen Förderanlage (42) geförderte mindestens eine Verpackung (6; 6a; 30; 31) auf deren Dichtheit hin überprüfbar ist.