DE3124340A1

DE3124340A1 - Verfahren und einrichtung zum pruefen des innendruckes luftdicht verschlossener behaelter

Info

Publication number: DE3124340A1
Application number: DE19813124340
Authority: DE
Inventors: Sadaaki Kasukabe Saitama Kikuchi; Nagao Kiyose Tokyo Miyahara
Original assignee: Nikka Densok Ltd
Current assignee: Nikka Densok Ltd
Priority date: 1980-06-27
Filing date: 1981-06-20
Publication date: 1982-06-09
Also published as: DE3124340C2; JPS5713329A; GB2081445B; GB2081445A; US4406157A

Description

Verfahren und Einrichtung zum Prüfen des
Innendruckes luftdicht verschlossener Behälter Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren sowie eine Einrichtung zum Prüfen des Innendrucks luftdicht verschlossener Behälter und betrifft Maßnahmen zur zerstörungsfreien Prüfung des Innendrucks von luftdicht verschlossenen Behältern für Konserven, von luftdicht verschlossenen Behältern für Erfrischungsgetränke, von luftdicht verschlossenen Weithalsflaschen mit lietallverschlußdeckeln und ähnlichen Behältnissen.
Wenn ein Stoß (Schlagkraft) auf die Wand eines derartig verschlossenen Behälters ausgeübt wird, dann wird durch das Schwingsystem eine Eigenschwingung erzeugt, es sei denn, die Wand des verschlossenen Behälters ist unelastisch. Diese Eigenschwingung steht in enger Beziehung zum Innendruck des Behälters, obwohl dieser in Abhängigkeit von Form und Material des Behälters in einem gewissen Maße schwanken kann. Es sind bereits Vorschläge zur Durchführung zerstörungsfreier Prüfungen von luftdicht verschlossenen Behältern auf der Grundlage dieses Prinzips gemacht worden, um festzustellen, ob sich der Innendruck des verschlossenen Behälters auf einer annehmbaren Höhe befindet.
Einige Nachteile sind mit einem bekannten Verfahren zum Nachweis der Höhe des Innendrucks eines verschlossenen Behälters verbunden, wenn eine Schlagkraft auf diesen ausgeübt wird. Die heute übliche Praxis besteht nämlich darin, einen einzigen Impuls auf die Wand eines verschlossenen Behälters auszuüben, um eine entsprechende Reaktion zu erhalten. Im allgemeinen verliert die Reaktion der Wand eines verschlossenen Behälters auf die ausgeübte Schlagkraft an Energie in Abhängigkeit von der Zeit. Somit sind bisher Schwierigkeiten aufgetreten bei der Anwendung des bekannten Verfahrens, wenn nur ein einziger Impuls verwendet wurde, um zufriedenstellende Ergebnisse zu erzielen, da die erzeugte Schwingung nur innerhalb eines relativ kurzen Zeitraums gemessen werden kann.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Ver fahren sowie eine Einrichtung zu schaffen, mittels denen die aufgezeigten Nachteile verhindert werden. Das Ziel dieser Erfindung besteht somit darin, ein Verfahren und eine Einrichtung zu liefern, mittels denen der Innendruck eines verschlossenen Behälters mit einem hohen Maß an Genauigkeit und unter Erzielung zufriedenstellender Ergebnisse geprüft werden kann, ohne daß der Behälter dabei zerstört oder. beschädigt wird «Dies wird mit dem im Anspruch 1 angegebenen Verfahren bzw. der Einrichtung nach Anspruch 2 erreicht.
Das besondere Kennzeichen dieser Erfindung besteht demnach darin, daß anstelle eines Einzelimpulses e ausgeübt auf die Wand eines verschlossenen Behälters, die in der Wand des verschlossenen Behälters erzeugte Schwingung durch Rückkopplung an eine Einrichtung weitergegeben wird, die ihrerseits eine Stoßkraft auf die Wand ausübt, so daß die Wand des verschlossenen Behälters kontinierlich mit einem Signal angeschlagen wird, das sich mit dem Schwingungsschall (Ton) in Einklang befindet.
Auf diese Weise wird der Behälter dazu angeregt, Schallschwingungen über einen längerdauernden Zeitraum ohne ein sichtliches Nachlassen der Energie zu erzeugen, so daß die Prüfung auf stetiger Ebene durchgeführt werden kann, um befriedigende Ergebnis zu erzielen. Das erfindungsgemäße Verfahren bietet den Vorteil, daß, wenn die Ausübung einer Schlagkraft auf die Wand eines verschlossenen Behälters Störschwingungen oder ungewöhnliche Resonanzen bewirkt, diese Schwingungen nicht weitergetragen werden, sondern nur der Schwingungsschall der Eigenfrequenz des verschlossenen Behälters, der zur schwingungserzeugenden Ausgangsquelle zurückkehrt. Das bereits angewandte Verfahren hatte den Nachteil, daß bei unterschiedlicher Einfüllhöhe oder Flüssigkeitsstand in dem verschlossenen Behälter, oder wenn der Behälter bei der Beförderung auf dem Transportband Schwingungen unterworfen st, die Schwingung stark an Energie verliert, so daß es unmöglich ist, Prüfungen mit diesem Verfahren durchzuführen. Das Verfahren nach der Erfindung schließt daher diesen Nachteil, wenn eine solche Erscheinung auftritt, aus, indem kontinuierlich auf den verschlossenen Behälter eine Schlagkraft ausgeübt wird. Somit ist man mit diesem Verfahren in der Lage, zu genaueren Prüfungsergebnissen beizutragen, selbst wenn die Prüfungen nach dem Verpacken der Behälter in Kartons durchgeführt werden.
In der Zeichnung sind die Verfahrensweise der erfindungsgemäßen Prüfmethode sowie die dazu vorgesehene Einrichtung dargestellt und nachfolgend im einzelnen erläutert. Hierbei zeigen: Fig. 1 das Prinzip der Ausübung einer Schlagkraft (Impuls) auf einen verschlossenen Behälter, Fig. 2 A und 2 B: zwei Schallbeispiele aufgrund einer auf einen verschlossenen Behälter einwirkende Schlagkraft (Impuls) nach dem bisher angewandten Verfahren, Fig. 3 A bis 3 D: das Prinzip des Verfahrens nach der Erfindung, Fig. 4 ein Blockdiagramm der erfindungsgemäßen Prüfeinrichtung und Fig. 5 ein Zeitablaufdiagramm der in Fig. 4 gezeigten Prüfeinrichtung im Betrieb.
Gemäß Fig. 1 erzeugt eine magnetische Anschlag- oder Hammerspule 1 ein magnetisches Kraftfeld , wenn ein Rechteckwellen-Stromimpuls an diese angelegt wird, und das Magnetfeld 0 wirkt auf elektromagnetischem Weg auf den Deckel 2 einer Blechbüchse ein, wodurch der Deckel 2 in Schwingung versetzt wird und Schall erzeugt. Die Analyse des durch den Deckel 2 erzeugten Schwingungsschalls zeigt an, ob der Innendruck der Blechbüchse annehmbar ist oder nicht. Die Schwingung des Deckels 2 ist eine gedämpfte Schwingung, wie aus den Fig. 2 A und 2 B hervorgeht. Somit besteht keine Garantie, daß zu jeder Zeit einwandfreie Prüfergebnisse erzielt werden können, wenn das bisher bekannte Verfahren angewendet wird, wobei zur Prüfung nur ein einziger Impuls auf den zu prüfenden verschlossenen Behälter ausgeübt wird.
Wenn beispielsweise der Schwingungsschall nur für kurze Zeit bestehen bleibt (aufgrund einer raschen Dämpfung), wie die Fig. 2 B zeigt, dann ergeben sich bei der Analyse der SchwinguE Schwierigkeiten. Hierdurch könnten die Analyseergebnisse unsicher und somit die Prüfergebnisse ungenau werden. Sofern der Schwingungsschall gemäß Fig. 2 jedoch kontinuierlich eine wesentlich längere Zeit andauert, dann sind genaue Ergebnisse zu erzielen, wenn die Prüfungen dann durchgeführt werden, sobald der Schwingungsschall erzeugt wird, Werden die Prüfungen durchgeführt, wenn die Behälter z. B. in einen Karton verpackt worden sind, dann wird der Schall normalerweise aufgrund des geräuschdämpfenden Materials zwischen dem vibrierenden, schallerzeugenden Deckel der Büchse und der Prüfeinrichtung, die den Schwingungsschall des Büchsendeckels prüft, geringer. Somit wären die Prüfergebnisse nicht genauer als die Prüfergebnisse unter Verwendung des Schwingungsschalls nach Fig. 2 B.
Die Fig. 3 A bis 3 D dienen zur Erklärung des Prinzips des Verfahrens gemäß der Erfindung, wobei eine Schlagkraft auf elektro-magnetischem Wege erzeugt wird, in dem eine elektrische Anschlag- oder Hammer spule über den Deckel eines verschlossenen Behälters aufgestellt und ein Rechteckwellen-Impulsstrom angelegt wird.
Die Fig. 3 A zeigt hierbei eine Schallwellenform, die aufgrund der elektro-magnetischen Schlagausübung entsteht, wobei die Wellen a, b und c eine allmählich kleiner werdende Amplitude zeigen. Der Schall dieser Wellenform wird von einem elektro-akustischen Transduktor aufgenommen, von einem Verstärker verstärkt und an eine elektrische Hammerspule weitergeleitet, wobei die Welle b eingeleitet wird und der zweite Ablaufzyklus einsetzt. Das heißt, ein Stromimpuls, der für eine kurze Zeit an die elektrische Hammerspule abgegeben wird, um auf elektro-magnetischem Weg den Deckel des Behälters in Schallschwingungen zu versetzen, wird durch Rückkoppelung zur elektrischen Hammerspule zurückgeschickt, und zwar synchron zu den Schwingungen des Behälterdeckels, wodurch der Deckel des Behälters durch die erneute Wellenform einen Schall erzeugt, wie die Fig. 3 B zeigt. Dieser Schall wird erneut vom elektro-akustischen Transduktor aufgenommen und von dem Verstärker entsprechend verstärkt. Der verstärkte Schall wird an die elektrische Hammerspule zurückgeschickt, und zwar an der Einleitungsstelle der Welle b'; hier setzt der zweite Ablauf zyklus ein, wodurch ein Schall aufgrund der Wellenform der Fig. 3 c entsteht. Dieses Verfahren wird so lange wiederholt, bis der Deckel des Behälters eine kontinuierliche Schallwellenform erzeugt, wie die Fig. 3 D zeigt.
Gemäß der Erfindung wird der luftdicht verschlossene Behälter somit auf seinen Innendruck aufgrund der Schall frequenz der kontinuierlichen Welle durch kontinuierliche Anwendung einer Schlagkraft auf den verschlossenen Behälter geprüft. Die Prüfung kann auf sichere Weise durchgeführt werden, und das Ergebnis ist von hoher Genauigkeit.
Die Fig. 4 zeigt den Einbau der Prüfeinrichtung entsprechend der Erfindung, die ein Prüfteil 13, angeordnet über einem Förderband 12. enthält, auf dem eine Büchse 11 mit Konserveninhalt befördert wird. Die Büchse 11 wird in senkrechter Richtung zur Ebene der Fig. 4 bewegt und läuft somit unter dem Prüfteil 13 hindurch.
Das Prüfteil 13 besteht aus einer elektro-magnetischen Spule 15, eingebaut in den unteren Abschnitt eines Zylinderelements 14 bestehend aus Harz, so daß es als elektrische Anschlag- oder Hammerspule wirken kann, einem geteilten zylindrischen Magnetkern 16, eingebaut in das Zylinderelement 14 aus Harz, und einem Mikrophon 18, angeordnet in einer Schallauffangöffnung 17 des Magnetkerns 16, so daß ein elektro-akustischer Transduktor entsteht.
Der Magnetkern 16 hat die Aufgabe, das Mikrophon 18 vor den elektro-magnetischen Wellen zu schützen, die in der elektro-magnetischen Spule 15 erzeugt werden, und das Magnetfeld so zu bündeln, daß eine konzentrierte elektromagnetische Kraft entsteht.
Eine Fühlereinrichtung, bestehend aus einer Lichtquelle 19 und einem Lichtaufnahmeelement 20, ist unterhalb des Prüfteils 13 angeordnet, wobei die Lichtquelle 19 und das Lichtaufnahmeelement 20 sich einander gegenüber auf den beiden Seiten des Förderbandes 12 befinden, auf dem die Büchse 11 befördert wird.
Während die Büchse 11 unter dem Prüfteil 13 hindurchbewegt wird, wird der Lichtstrahl der Lichtquelle 19 durch die Büchse 11 unterbrochen, so daß die Fühlereinrichtung 20 in der Lage ist, die Anwesenheit der Büchse 11 anzuzeigen. Hierbei erzeugt das Lichtaufnahmeelement 20 ein Fühlsignal Sd,wie es bei (a) in der Fig. 5 dargestellt ist, während das Licht von der Lichtquelle 19 daran gehindert wird, auf das Lichtaufnahmeelement 20 zu strahlen.
Das Fühlsignal Sd wird an einen Schlagauslösungssignal-Generator 21 und ein Zeitrelais 26 geleitet. Das Entstehen des Fühlsignals Sd löst den Schlagausösungssignal-Generator 21 aus, so daß letzterer einen Rechteckwellenimpuls erzeugt, der als Schlagauslösungssignal Ps wirkt, wie es in (b) der Fig. 5 dargestellt ist. Inzwischen wird durch das entstandene Fühlsignal Sd das Zeitrelais 26 ausgelöst, so daß dieses beginnt, die Zeit zu zählen. Das Schlagauslösungssignal Ps vom Schlagauslösesignal-Generator 21 wird über einen Schalter 22 weitergegeben und durch einen Büchsenanschlagsignal-Leistungsverstärker 23 verstärkt, so daß ein Stromimpuls 11 als Schlagauslösesignal erzeugt wird, wie dies in (d) der Fig. 5 gezeigt ist. Der Impuls strom I1 wird dann an die elektro-magnetische Spule 15 geleitet, die den Deckel der Büchse 11 auf elektromagnetischem Weg einmal anschlägt.
Die Ausübung einer Kraft auf den Deckel der Büchse 11 bewirkt, daß die Wand der Büchse 11 ins Schwingen gerät, wobei ein Schall entsteht. Dieser Schall wird durch das Mikrophon 18 in ein elektrisches Signal Wb1 umgewandelt, wie dies in (c) der Fig. 5 dargestellt ist. Das Signal Wb wird an einen Verstärker 24 weitergeleitet, der dieses Signal verstärkt und das verstärkte Signal an einen theoretischen Schaltkreis 25 weiterleitet, in dem die Phasenverzögerung des Signals angeglichen wird, bevor das Signal an den Schalter 22 weitergeleitet wird.
Das Zeitrelais 26 erzeugt einen Ausgabewert St, wie in (e) der Fig. 5 dargestellt, und zwar nach dem Zeitablauf eines Zeitgebers, der auf einen Wert eingestellt wurde, der zumindest größer ist als die Impulsdauer des Schlagauslösesignals Ps. Vor der Erzeugung des Ausgabesignals St durch das Zeitrelais 26 verbindet der Schalter 22 den Schlagauslösesignal-Generator 21 mit dem Büchsenanschlagsignal-Leistungsverstärker 23, während der theoretische Schaltkreis 25 vom Büchsenanschlagsignal-Leistungsverstärker 23 getrennt bleibt, bis das Schlagauslösesignal Ps aufgehört hat zu existieren (für eine festgelegte Zeitdauer, die vom Zeitrelais 26 vorgegeben wird). Nachdem das Zeitrelais 26 jedoch das Ausgabesignal St erzeugt, wird der Schlaugauslösesignal-Generator 21 durch den Schalter 22 vom Büchsenanschlagsignal-Leistungsverstärker 23 getrennt und der theoretische Schaltkreis 25 wird mit dem Büchsenanschlagsignal-Leistungsverstärker verbunden. Somit wird das elektrische Signal Wb1, das durch Umwandlung des Schlagauslösesignals Ps entsteht,durch Rückkopplung zum Büchsenanschlagsignal-Leistungsverstärker 23 zurückgeleitet, wo das Signal Ps verstärkt wird, bevor es an die elektro-magnetische Spule 16 in Form eines Wechselstromes 12 geliefert wird, wie dies unter (d) in Fig. 5 gezeigt wird.
Zu diesem Zeitpunkt ist der Wechselstrom 12 zur Erregung der elektro-magnetischen Spule 15 bereits in seiner Phase angeglichen worden, um zu vermeiden, daß die Schwingung der Büchsenwandung durch die Einwirkung des theoretischen Schaltkreises 15 gedämpft wird, so daß die Schwingung der Büchsenwand allmählich ansteigt und somit der Schall an Intensität zunimmt. Dies ist auf die Entstehung eines Schwingungssystems zurückzuführen, wobei die Büchse als Oszillator wirkt, weil das Mikrophon 18, der Verstärker 24, der theoretische Schaltkreis 25, der Schalter 22, der Büchsenanschlagsignal-Leistungsverstärker 23, die elektro-magnetische Spule 15 (zum Anschlagen der Büchse) und das Mikrophon 18 einen geschlossenen Kreis bilden.
Somit besteht andauernd ein elektrisches Signal Wb2, das den von der Büchse 11 erzeugten Schall darstellt, wie dies unter (c) in Fig. 5 gezeigt ist, während sich die Büchse 11 unter dem Prüfabschnitt 13 befindet.
Das von dem theoretischen Schaltkreis 25 erzeugte Signal wird als Büchsenanschlagsignal I2 der obengenannten schwingenden Wellenform verwendet, und gleichzeitig wird es an einen Zähler 27 geschickNder die schwingenden Wellen zu zählen beginnt, die von dem theoretischen Schaltkreis 25 geliefert werden, wenn ein Ausgabesignal an einem zweiten Ausgang des Zeitrelais 26 erzeugt wird, und zwar im Anschluß an einen zweiten abgelaufenen Zeitraum, der vom Zeitrelais 26 eingestellt wurde, und er zählt weiter die Wellen, bis das Zeitrelais 26 zurückgestellt wird, wenn das Ausgabesignal Sd des Fühlers 20 verschwindet. Eine Zeit T, die unter (f) der Fig. 5 dargestellt ist, gibt die Zeit an, während der Zähler 27 die Wellen auf die obengenannte Weise zählt.
Der Zeitzähler 27 erzeugt eine Zählerausgabe, die der Frequenz des S.chwingungs-Schalls der Büchse 11 entspricht, die an einen Entscheidungsschaltkreis 28 weitergeleitet wird, wo sie mit der Ausgabe eines Regelelements 29 zur Einstellung eines Vergleichswertes verglichen wird, auf dessen Basis der Innendruck der Büchse 11 beurteilt wird.
Für den Fall, daß das Ergebnis des Vergleichs zeigt, daß der Innendruck der Büchse 11 nicht annehmbar ist, oder wenn die Differenz zwischen der Zählerausgabe und dem Vergleichswert, der von dem Regelelement eingestellt wurde, einen zulässigen Wert überschreitet, dann erzeugt der Entscheidungsschaltkreis 28 ein Signal, das einen Ausscheidungsmechanismus 30 betätigt. Das heißt, der Ausscheidungsmechanismus 30 enthält ein Ausscheidungselement 31, das nach der Erzeugung des Ausgabesignals des Entscheidungsschaltkreises 28 betätigt wird, um die Büchse 11 mit dem nicht annehmbaren Innendruck vom Förderband 12 zu entfernen.
Der Magnetkern 16 des Prüfteils 13 hat die Aufgabe, das Mikrophon 18 vor den Magnetwellen zu schützen, die in der Magnetspule 15 erzeugt werden, wenn ein Stromimpuls I1 oder ein Wechselstrom I2 dorthin geschickt werden, und das Magnetfeld zu bündeln, um eine Konzentration der elektro-magnetischen Kraft zu erreichen, um dadurch die Schwingungsintensität der Büchsenwand zu verstärken.
Zusätzlich kann das Vorhandensein des Magnetkerns 16 bewirken, daß Störschwingungen und außergewöhnliche Resonanzen unterdrückt werden, und statt'dessen eine Grundschwingung erzeugt wird, die vom Innendruck in der Büchse ausgeht, wenn man den Mittelteil der Büchse anschlägt.

Claims

Patentansprüche: 1. Verfahren zum Prüfen des Innendruckes von luftdicht verschlossenen Behältern, d a d u r c h g e k e n n z e i ch n e t daß die Behälter nacheinandqr einer Prüfstation zugeführt werden, von der ein elektromagnetischer Impuls auf die Wand eines jeden verschlossenen Behälters ausgeübt wird, um diesen zum Schwingen zubringen und den Schwingungsschall der Wand des verschlossenen Behälters in ein elektrisches Signal durch einen elektro-akustischen Transduktor umzuwandeln, um den Innendruck des verschlossenen Behälters aufgrund der Frequenz des elektrischen Signals zu prüfen, bestehend aus folgenden Stufen: Rückführung eines Teils des elektrischen Signals über Rückkoppelung zu einer Behälter-Anschlageinrichtung und andauerndes Anschlagen eines Teils des verschlossenen Behälters, beispielsweise des Deckels, mit einer Frequenz die mit dem Schall übereinstimmt, der von der Wand des verschlossenen Behälters erzeugt wird, um hierbei den Innendruck des verschlossenen Behälters auf der Grundlage des Schwingungsschalls zu beurteilen, der von der Wand des verschlossenen Behälters erzeugt wird.
2. einrichtung zum Prüfen des Innendrucks eines verschlossenen Behälters, dadurch gekennzeichnet, daß e ine eine Behälter-Anschlageinrichtung zum Anschlagen der Wand oder des Deckels des verschlossenen Behälters durch einen elektro-magnetischen Impuls, mittels dem der Behälter in Schwingungen versetzt wird und so einen Schwingungsschall erzeugt, ein elektro-akustischer Transduktor als Eingabequelle des Schwingungsschalls, der von der Wand des verschlossenen Behälters erzeugt wird, und zur Umwandlung des Schalls in ein elektrisches Signal, ein Entscheidungsschaltkreis zur Beurteilung des Innendrucks eines verschlossenen Behälters auf der Grundlage der Frequenz des elektrischen Signals, das von dem elektro-akustischen Transduktor geliefert wird, ein Schlagauslösesignalgenerator zur Erzeugung eines Schlaguaslösesignals zum Anschlagen der Wand eines verschlossenen Behälters, ein theoretischer Schaltkreis zur Erzeugung eines Ausgabesignals, das durch Anpassung der Phase (Phasenverschiebung) des elektrischen Signals entsteht, das von dem elektro-akustischen Transduktor erzeugt wird, ein Schalter zur Weiterleitung der Ausgabe des theoretischen Schaltkreises anstelle der Ausgabe des Schlagauslösesignalgenerators an die Behälteranschlageinrichtung vor dem Verschwinden der Schwingung der Wand des verschlossenen Behälters im Anschluß an die Erzeugung des Schlagauslösesignals und ein Verstärker zum Verstärken des Ausgabesignals des Schalters und die Weiterleitung desselben an die Behälteranschlageinrichtung vorgesehen sind.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der verschlossene Behälter mittels eines Förderbandes einer Prüfstation zuführbar ist, durch die inmitten einer Reihe von verschlossenen Behältern einer nach dem anderen prüfbar ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ausscheidungsmechanismus vorgesehen ist, mittels dem von dem Förderband ein nicht einwandfrei verschlossener Behälter aufgrund eines Ausgabesignals des Entscheidungsschaltkreises entfernbar ist.