DE3936163A1 - Verfahren und vorrichtung zur messung der dichtigkeit hermetisch abgeschlossener behaelter - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Messung der Dichtigkeit hermetisch abgeschlossener, insbesondere verderbliche Produkte enthaltender Behälter, die in eine Prüf­ kammer gebracht und dort einem Prüfdruck unterworfen werden, mit dem ein nicht starrer Behälterteil während einer eine Be­ einflussung des Innendrucks eines lecken Behälters durch den Prüfdruck ermöglichenden Zeitspanne beaufschlagt wird, dessen Verformung meßtechnisch überwacht und zwecks Ermittlung eines Dichtigkeitskriteriums zu einer vorgegebenen Vergleichsgröße in Bezug gesetzt wird.

Vielfach müssen mit Waren gefüllte Behälter hermetisch verschlossen werden, damit die in ihnen enthaltenden Waren wäh­ rend ihrer Lagerungszeit in dem Behälter nicht durch Außenein­ wirkung beeinträchtigt werden. Beispielsweise werden in der Nahrungsmittelindustrie organische Stoffe möglichst gasdicht eingeschlossen, um sie längere Zeit lagern zu können, ohne daß sie durch eindringende Mikroorganismen od. dgl. verdorben wer­ den. Desweiteren sind Behälter mit Substanzen zu lagern, die sich stets in einer inerten Gasatmosphäre befinden müssen. Die­ se Behälter müssen infolgedessen gasdicht sein.

Zur Prüfung der Dichtigkeit von Behältern könnte mit den bekannten Verfahren der Vakuumtechnik geprüft werden, bei­ spielsweise mit Lecksuchgeräten oder Massenspektrographen. Letztere sind beispielsweise dann einsetzbar, wenn im Behälter ein charakteristisches Gas auftritt oder vorhanden ist, das bei seinem Ausströmen massenspektrometisch nachgewiesen werden kann. Dieses Verfahren ist aber in seiner Anwendung auf einen einzelnen Behälter aufwendig und vielfach nicht einsetzbar, beispielsweise bei Kunststoffbehältern, wenn diese aufgrund ih­ rer Werkstoffbeschaffenheit für das spektrometrisch zu ermit­ telnde Gas nicht dicht ist.

Aus der DE-PS 9 12 759 ist ein Verfahren mit den eingangs genannten Merkmalen bekannt, das zur Prüfung der Verpackungs­ dichte von Zigarettenpackungen eingesetzt wird. Jede Packung wird in eine Flüssigkeit mit bekanntem Volumen gebracht und die Volumenänderung der Flüssigkeit wird gemessen, indem der Prüf­ druck ausgeübt wird. Um die Zigarette vor der Flüssigkeit zu schützen, ist diese in eine dichte zylindrische Gummihaut ein­ gehüllt und die Enden dieser zylindrischen Gummihaut werden durch Puffer verschlossen. Falls die Verpackung undicht ist, kann sie vom Prüfdruck zusammengedrückt werden, wobei Luft aus der Verpackung entweicht und eine Volumenänderung eintritt, die über den Flüssigkeitsstand gemessen wird. Es ist offensicht­ lich, daß dieses Verfahren mit einer Reihe von Mängeln behaftet ist. Insbesondere kann die Gummihaut ein Leck der Verpackung abdichten, so daß das Leck nicht zu ermitteln ist. Das Verfah­ ren erlaubt nur eine zeitaufwendige Prüfung, weil die Ver­ packungen einzeln geprüft werden müssen und zu ihrem Einbringen in die Gummihaut ein großer Bedienungsaufwand erforderlich ist, wie manuelles Einbringen der Packungen, Anordnung der Puffer, behutsame Anwendung des Prüfdrucks, Entfernen der Puffer und der Packung etc.

Darüber hinaus ist es aus der DE-OS 29 48 502 bekannt, den Füllgrad von dichten deformierbaren Behältern zu prüfen, und zwar von Gummimanschetten, die sich an Gelenken von Kraftfahr­ zeug-Achswellen befinden und mit Öl gefüllt sein sollen. Der zu prüfende Behälter wird in ein Vakuumgefäß gebracht und die Ver­ änderungen seiner Abmessungen nach dem Anlegen des Vakuums wer­ den gemessen, um den Füllgrad zu bestimmen. Auch bei diesem be­ kannten Verfahren ist lediglich eine Prüfung einzelner Behälter möglich, um den Füllgrad festzustellen. Da die deformierbaren Behälter, nämlich Gummimanschetten, erst nach ihrer Montage z. B. an einer Achswelle gefüllt werden können, ist die Prüfung vom mechanischen Ablauf her aufwendig, weil nämlich die Gummi­ manschette zusammen mit der Achswelle in das Vakuumgefäß einge­ bracht werden muß, welches die entsprechenden Abmessungen haben muß und daher baulich und ausstattungsmäßig aufwendig ist. Die Prüfung einer Vielzahl von Gummimanschetten ist zeitaufwendig.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das ein­ gangs genannte Verfahren so zu verbessern, daß es insbesondere für die Dichtigkeitsprüfung einer Vielzahl von Behältern unter­ schiedlichster Konfiguration mit unterschiedlichsten Inhalten und bei hohen Prüfgeschwindigkeiten geeignet ist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Prüfdruck gleichzeitig auf eine Vielzahl von in der Prüfkammer angeordne­ ten Behältern einwirkt, das unmittelbar vor und/oder nach der eine zumindest teilweise Anpassung des Innendrucks eines lecken Behälters an den Prüfdruck ermöglichenden Zeitspanne eine In­ nendruckänderung der Prüfkammer innerhalb einer im Vergleich zu dieser Zeitspanne kurzen Zeit vorgenommen wird, und daß die meßtechnische Überwachung der Verformungen aller Behälterteile im unmittelbaren zeitlichen Zusammenhang mit dieser kurzen Zeit innerhalb einer Zeitdauer vorgenommen wird, die kürzer als die Anpassungszeitspanne ist.

Für die Erfindung ist von Bedeutung, daß alle Behälter ei­ ner Außendruckänderung unterworfen werden, die so groß ist und so lange dauert, daß sich der Innendruck eines lecken Behälters zumindest teilweise anpassen kann. Da die Behälter mechanisch nachgiebig sind bzw. jeweils zumindest einen nicht starren Behälterteil aufweisen, kann infolge des Prüfdrucks eine Ver­ formung auftreten, die meßtechnisch überwacht werden kann. Aus der daraus abzuleitenden Meßgröße kann durch Vergleich mit einer Vergleichsgröße ein Dichtigkeitskriterium ermittelt wer­ den. Ergibt dieses Kriterium, daß der in Rede stehende Behälter nicht dicht ist, so kann mit ihm den weiteren Erfordernissen entsprechend verfahren werden, beispielsweise durch Markierung, Aussonderung oder Nachbehandlung.

Durch die Anordnung einer Vielzahl von Behältern in der Prüfkammer und durch die gleichzeitige Behandlung dieser Behäl­ ter im Sinne des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt eine zeitliche Parallelprüfung dieser Behälter, wodurch sich hohe Prüfgeschwindigkeiten ergeben, z. B. für 50 bis 500 Behälter pro Minute, wenn die Prüfkammer entsprechend groß und mit den er­ forderlichen Aggregaten ausgestattet ist, um den erforderlichen Prüfdruck und die beim Prüfen angewendeten Zeitspannen zu er­ reichen. Die Prüfkammer kann in eine Produktionslinie inte­ griert werden, so daß beispielsweise taktweiser Durchlaufbe­ trieb ermöglicht wird. Das Verfahren kann vollautomatisiert werden, verbunden mit Einzelidentifikation und Aussonderung un­ dichter Behälter.

Für die Erfindung ist des weiteren von Bedeutung, daß eine kurzzeitige Innendruckänderung der Prüfkammer erfolgt, also eine kurzzeitige Erzeugung des Prüfdrucks oder nach der Aus­ gleichszeitspanne eine kurzzeitige Änderung des Prüfdrucks, z. B. auf den Ausgangsdruck. Derartige Druckänderungen haben kurzfristige Verformungen der Behälter oder deren nicht starrer Teile zur Folge. Diese Verformungen sind bei allen Behältern gleich groß, wenn sie vor der Anpassungszeitspanne vorgenommen werden, also auch bei den lecken Behältern, so daß alle Behäl­ ter oder Behälterteile, die vor der Prüfung z. B. infolge des Füllvorgangs in geringem Maße unterschiedlich ausgebeult sind, eine für die meßtechnische Überwachung hinreichend gleichmäßige Gestalt bzw. Ausgangslage annehmen. Damit steht die meßtechnische Überwachung aller Behälterteile im unmittelbaren zeitlichen Zusammenhang. Wird nach der Anpassungszeitspanne in kurzer Zeit eine Prüfdruckänderung vorgenommen, so kann durch die impulsartige Belastung insbesondere bei Behältern bzw. Behälterteilen, die während der Anpassungszeitspanne infolge ihrer Materialeigenschaften keine oder nur eine ungenügende Verformung aufweisen, erreicht werden, daß die optimale Verfor­ mung auftritt und gemessen werden kann. Außerdem wird die meßtechnische Überwachung innerhalb einer Zeitdauer vorgenom­ men, die kürzer als die Anpassungszeitspanne ist, womit Ein­ flüsse unterschiedlichen Verformens der Behälterteile lecker und intakter Behälter auf die meßtechnische Überwachung vermie­ den werden können.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es auch möglich, temporäre Lecks zu ermitteln, also solche Lecks, die sich z. B. infolge der Eigenspannung des Behälters wieder verschließen. Solche temporäre Lecks sind insbesondere bei den herkömmlichen Überwachungsmethoden in der Nahrungsmittelindustrie problema­ tisch, wenn das Verfahren der Überwachung durch Bombage verwen­ det wird, bei der also die verderbliches Gut enthaltenden Behälter über längere Zeit gelagert und beobachtet werden. Ist das Gut verdorben, so wölbt sich der Behälter und er kann in­ folgedessen ausgesondert werden. Eine solche Bombageprüfung ist jedoch bei Lecks und insbesondere bei temporären Lecks nicht möglich, da ein Druckausgleich stattfinden kann, der die Bom­ bage verhindert. Das erfindungsgemäße Verfahren hat derartige Schwierigkeiten bei mit verderblichem Gut gefüllten Behältern offensichtlich nicht, weil das temporäre Leck durch den Prüf­ druck bzw. die Innendruckänderung der Prüfkammer geöffnet wird und damit eine meßtechnisch erfaßbare Verformung nach Anpassung des Innendrucks an den Prüfdruck erreicht wird.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird die berührungs­ lose Messung der Dichtigkeit mechanisch nachgiebiger Behälter ermöglicht, die hermetisch abgeschlossen sind. Hermetischer Ab­ schluß bedeutet, daß der Innenraum der Behälter an sich unzu­ gänglich ist, jedenfalls für die Zeitspanne der Aufbewahrung des in ihm enthaltenden Guts. Infolge des hermetischen Ab­ schlusses ist es beispielsweise nicht möglich, im Inneren des Behälters eine Innendruckänderung z. B. durch die Einleitung eines Druckmittels zu erzielen.

Es ist nicht erforderlich, die zu prüfenden Behälter für die Prüfung zu modifizieren, also beispielsweise in den Innen­ raum des hermetisch abgeschlossenen Behälters vor dem Ver­ schließen ein Gas einzuleiten, das im Falle eines Lecks aufge­ spürt werden könnte. Die befüllten abgeschlossenen Behälter brauchen auch nicht in herkömmlicher Weise über einen längeren Zeitraum beobachtet zu werden, um festzustellen, ob ihr Inhalt verdirbt oder nicht. Demgegenüber ergibt sich durch das erfin­ dungsgemäße Verfahren eine Beschleunigung des Produktionsab­ laufs bis zur Verkaufsreife.

Vorteilhafterweise wird das Verfahren so durchgeführt, daß eine Messung der Verformungsstärke der nicht starren Behälter­ teile durchgeführt wird, nachdem die Zeitspanne für die Druck­ anpassung im Inneren eines lecken Behälters abgelaufen ist. Da­ durch werden Schwierigkeiten vermieden, die sich in einigen Fällen ergeben könnten, wenn die meßtechnische Überwachung bei­ spielsweise einer während des Druckausgleichs laufenden Verfor­ mung während der Zeitspanne für die Druckanpassung durchgeführt würde.

Bei der nach der Druckanpassung erfolgenden Messung wird die Verformungsstärke der nicht starren Behälterteile als ein­ fache geometrische Meßgröße benutzt. Diese Verformungsstärke des nicht starren Behälterteils eines lecken Behälters wird zu derjenigen eines nicht starren Behälterteils eines dichten Be­ hälters in Bezug gesetzt, um ein Dichtigkeitskriterium zu er­ mitteln. Dazu gibt es unterschiedliche Möglichkeiten. Bei­ spielsweise kann die Verformung eines nicht starren Behälter­ teils eines dichten Behälters aufgrund von Erfahrungswerten be­ nutzt werden. Das setzt voraus, daß die mechanische Nachgiebig­ keit des betreffenden nicht starren Behälterteils in Abhängig­ keit vom Druck bekannt ist, und daß genau diejenige Verfor­ mungsstärke für den Vergleich herangezogen wird, die dem je­ weils angewendeten Prüfdruck entspricht. Es ist aber auch mög­ lich, einen oder mehrere dichte Behälter zum Vergleich heran­ zuziehen, die sich während der Prüfung in der Prüfkammer befin­ den. Beispielsweise ist es möglich, einen bereits als dicht er­ kannten Behälter als Referenzbehälter mit in die Prüfkammer zu geben. Es können aber auch die dichten Behälter dadurch erkannt werden, daß sie statistisch am häufigsten vorhanden sind, oder daß die am häufigsten vorkommende Verformung als Verformung eines dichten Behälters definiert wird. In diesen Fällen muß gewährleistet sein, daß nur vergleichbare Behälter herangezogen werden. Es bedarf also bei der gleichzeitigen Prüfung z. B. geometrisch unterschiedlicher Behälter u. U. eines erhöhten Aufwandes.

Eine weitere Möglichkeit zur Bildung einer Bezugsgröße ist es, wenn die Verformungsstärke des nicht starren Behälterteils zu seiner Ausgangsstellung in Bezug gesetzt wird. In diesem Fall wird von der Erkenntnis Gebrauch gemacht, daß das nicht starre Behälterteil wieder in seine Ausgangsstellung zurück­ kehrt, wenn die Innendruckänderung der Prüfkammer rückgängig gemacht wird. Das Verfahren kann dabei so durchgeführt werden, daß die Ausgangsstellung des nicht starren Behälterteils vor der Änderung des Innendrucks der Prüfkammer als Bezugsgröße ge­ messen wird. Es ist aber auch möglich, zunächst den Innendruck der Prüfkammer zu ändern, die Verformungsstärke zu messen und danach die nach der Rücknahme der Innendruckänderung sich erge­ bende Stellung des nicht starren Behälterteils als Ausgangs­ stellung für die Inbezugnahme zu verwenden.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch so durchgeführt werden, daß anschließend an die kurze Zeit der Innendruck­ änderung der Prüfkammer eine Überwachung des Verformungsablaufs aller Behälterteile erfolgt. Wird bei dem vorgenannten Verfah­ ren der Verformungsvorgang an sich meßtechnisch überwacht, so ist es zweckmäßig, die Verformungsgeschwindigkeit zu ermitteln und in Bezug zu dem Bewegungsverhalten nicht starrer Behälter­ teile dichter Behälter zu setzen, weil deren Verformungsverhal­ ten wegen des nicht erfolgenden Innendruckausgleichs deutlich von dem lecken Behälter unterschieden werden kann.

Wird nach einer Beaufschlagung der Behälter in der Prüf­ kammer eine weitere Innendruckänderung binnen kurzer Zeit vor­ genommen, so kann diese weitere, nämlich in Bezug auf die Ein­ stellung des Prüfdrucks zweite Innendruckänderung der Prüfkam­ mer auch im gleichen Sinne erfolgen, also eine weitere Drucker­ höhung oder eine weitere Druckabsenkung sein. In der Regel wird es jedoch sinnvoll sein, die zweite Änderung des Kammerin­ nendrucks im umgekehrten Sinn durchzuführen, um eine übermäßige Belastung der Behälter auszuschließen. Demzufolge ist es zweckmäßig, das Verfahren so durchzuführen, daß die in kurzer Zeit erfolgende Innendruckänderung der Prüfkammer in gleicher Höhe, aber im umgekehrten Sinn zum Prüfdruck vorgenommen wird.

Um mit geringem baulichem Aufwand auskommen zu können, wird so verfahren, daß die der Druckanpassung im Inneren eines lecken Behälters dienende Innendruckänderung der Prüfkammer als Druckabsenkung und/oder die in kurzer Zeit erfolgende Innen­ druckänderung der Prüfkammer auf Atmosphärendruck durchgeführt wird. Für die Druckabsenkung können herkömmliche, schnellwirk­ same Vakuumpumpen eingesetzt werden und die auf Atmosphären­ druck vorzunehmende Innendruckänderung benötigt lediglich ein steuerbares Ventil, über das der Innenraum in der Prüfkammer mit deren Umgebung verbunden wird.

Wenn das Verfahren so durchgeführt wird, daß der Prüfdruck während der Zeitspanne für die Druckanpassung im Inneren eines lecken Behälters konstant gehalten wird, so kann damit die Prüfzeit auf ein Minimum reduziert werden, weil nach der kurz­ fristigen Prüfkammer-Innendruckänderung, die also nur wenig Zeit beansprucht, die volle Druckänderung wirksam ist und dementsprechend die schnellstmögliche Anpassung des Drucks im Inneren eines lecken Behälters erfolgt. Das Konstanthalten ei­ nes eingestellten Drucks während der Zeitspanne für die Druck­ anpassung im Inneren eines lecken Behälters hätte im Fall der meßtechnischen Beobachtung der Verformung während der Druckan­ passung den Vorteil, daß die Verformung so schnell wie möglich erfolgt und infolgedessen beispielsweise die Verformungsge­ schwindigkeit mit größerer meßtechnischer Sicherheit erfaßt wird.

Vorteilhaft ist ein Verfahren, bei dem die meßtechnische Überwachung der nicht starren Behälterteile mittels mindestens eines letztere beleuchtenden Laserstrahls erfolgt, dessen Strahlfleck von einem lichtempfindlichen Detektor zur Bestim­ mung der Verformung herangezogen wird. Der Laserstrahl erzeugt einen Strahlfleck hoher Leuchtdichte, der gut detektiert werden kann, auch wenn der beleuchtete Untergrund unterschiedliches Reflexionsvermögen aufweist. Die Anforderungen an die Positio­ nierungsgenauigkeit der häufig bemustert bedruckten Behälter sind daher gering. Die Verwendung eines Laserstrahls bei der meßtechnischen Überwachung der Behälter ist auch deswegen vor­ teilhaft, weil bekannte Meßsysteme verwendet werden können, die auch geringe Verformungen zuverlässig ermitteln, beispielsweise solche Meßvorrichtungen, die mit einem Triangulationsverfahren oder mit einem Ultraschallmeßverfahren arbeiten. Derartige Meßverfahren sind universell einsetzbar, so daß der zu über­ wachende Behälter - bis auf die Verformbarkeit mindestens eines Teils - keinerlei besondere Bedingungen zur Anpassung an ein solches Meßverfahren erfüllen muß.

Es ist aber auch möglich, daß die meßtechnische Über­ wachung der nicht starren Behälterteile, die metallisch sind, mit einem kapazitiv wirkenden Abstandsmeßverfahren erfolgt. Eine solche meßtechnische Überwachung erfolgt beispielsweise bei Behältern mit aus Metall bestehenden oder zumindest metallisierten Deckeln.

Zur Automatisierung des Prüfablaufs wird so verfahren, daß das ermittelte Dichtigkeitskriterium in Verbindung mit einer Aussonderungseinrichtung zum automatischen Aussondern lecker Behälter verwendet wird.

Eine Vorrichtung zur Messung der Dichtigkeit hermetisch abgeschlossener Behälter ist dadurch gekennzeichnet, daß die Prüfkammer über ein Steuerventil an eine Vakuum- oder an eine Druckpumpe angeschlossen ist, daß ein letzterer paralleler, mit einem Ablaßventil versehener Anschluß vorhanden ist, und daß beide Ventile und die Pumpe an eine Steuereinheit angeschlossen sind, an die der die Verformungen der Behälter bestimmende De­ tektor angeschlossen ist. Die Steuereinheit ermöglicht eine Zentralisierung aller Steuer- und Meßgrößen, die für die Durch­ führung des Verfahrens erforderlich sind.

Damit die Vorrichtung möglichst viel Behälter je Zeitein­ heit prüfen kann, ist sie so ausgebildet, daß eine mehrere Be­ hälter in einer Richtung gemeinsam durch die Prüfkammer getak­ tet fördernde Transportvorrichtung vorhanden ist, und daß in Förderrichtung hinter der Prüfkammer eine von der Steuereinheit befehligte Aussonderungseinrichtung vorhanden ist. Eine solche Vorrichtung ermöglicht eine quasi kontinuierliche Prüfung einer Vielzahl von Behältern und liefert nach dem Aussondern lecker Behälter ausschließlich dichte Behälter, die der weiteren Ver­ arbeitung zugeführt werden können, beispielsweise der Ver­ packung. Die Vorrichtung ist infolgedessen problemlos in die industrielle Fließbanderzeugung einzugliedern.

Die Vorrichtung kann vorteilhafterweise so ausgebildet sein, daß die vielen Behälter in einer Schicht nebeneinander angeordnet sind und/oder die Aussonderungseinrichtung einen die Behälter jeweils mit einer Einzelklappe abstützenden Boden hat, die von einem steuerbaren Stellaktor betätigbar ist. Das schichtweise Anordnen der vielen Behälter bewirkt eine Zugäng­ lichkeit der Behälter von oben und unten, die infolgedessen einfach abgetastet werden können. Die schichtweise Anordnung der Behälter ist des weiteren günstig für die einfache Ausbil­ dung der Aussonderungseinrichtung.

Für die meßtechnische Überwachung der Verformungen nicht starrer Behälterteile wird die Vorrichtung vorteilhafterweise so ausgebildet, daß zur Erzeugung von Strahlflecken auf den nicht starren Behälterteilen der Anzahl dieser Behälter ent­ sprechende unbewegte Laserstrahlen gleichzeitig und/oder ein einziger von einem Scannersystem nacheinander auf mehrere Be­ hälter gelenkter Laserstrahl vorhanden ist bzw. sind.

Desweiteren wird die Vorrichtung zur meßtechnischen Über­ wachung der Verformungen nicht starrer Behälterteile dahinge­ hend ausgebildet, daß der Detektor aus einer Vielzahl von meh­ reren, den Behältern jeweils zugeordneten Einzeldetektoren oder einem einzigen positionsempfindlichen, mehrere Laserstrahl­ flecken registrierenden Detektorelement besteht.

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung darge­ stellten Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung, Fig. 2 den zeitlichen Ablauf von bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens beachtlichen Verfah­ rensgrößen,

Fig. 3 eine detailliertere Darstellung der Steuereinrich­ tung der Fig. 2,

Fig. 4 den näheren Aufbau einer Meßwerterfassungs- und -auswertungsschaltung,

Fig. 5a eine Aufsicht auf eine Aussonderungseinrichtung, und

Fig. 5b eine Seitenansicht der Aussonderungseinrichtung.

In Fig. 1 ist eine zentral angeordnete Prüfkammer 11 sche­ matisch dargestellt. In dieser Prüfkammer 11 werden Behälter 10 auf ihre Dichtigkeit geprüft. Diese Behälter 10 sind beispiels­ weise aus Kunststoff bestehende, mechanisch nachgiebige Behäl­ ter, wie sie häufig in der Nahrungsmittelindustrie für die Ver­ packung von z.B. Quark eingesetzt werden. Die Prüfkammer 11 ist groß genug, um in Abweichung von der lediglich schematischen Darstellung eine Vielzahl von Behältern 10 aufzunehmen, insge­ samt z.B. 300 in einer horizontalen Ebene hintereinander und nebeneinander aufgereihte Behälter 10.

Die Behälter 10 befinden sich auf einer Transporteinrich­ tung 23 in Gestalt einer Palette, die ungeprüfte Behälter 10 in der Richtung 22 der Darstellungsebene durch die Prüfkammer 11 und daraus hinaus hinter diese Prüfkammer 11 transportiert, wo­ zu letztere mit einem verschließbaren Einlaß 25 und mit einem verschließbaren Auslaß 26 versehen ist, wobei die Transportvor­ richtung 23 bzw. Palette beispielsweise den Boden der Prüfkam­ mer 11 bilden kann.

Um die hermetisch abgeschlossenen Behälter 10 auf Dichtig­ keit prüfen zu können, müssen sie mechanisch nachgiebig sein bzw. mindestens einen nicht starren Behälterteil 14 aufweisen. Dieser Behälterteil 14 ist im Darstellungsbeispiel eine auf die - obere Öffnung eines Kunststoffkastens geschweißte Folie, die im Vergleich zum Behälter 10 flexibel ist. Diese Flexibilität führt in der Prüfkammer 11 zu einer Verformung, wenn der Innen­ druck der dicht abgeschlossenen Prüfkammer 11 verändert wird. Wird beispielsweise ein Unterdruck angewendet, so wölbt sich das Behälterteil 14 im Sinne einer Volumenvergrößerung des Be­ hälters 10. Die entsprechende Verformung wird meßtechnisch er­ faßt, und zwar unter Verwendung eines Lasers 27, der mit einem Laserstrahl 12 den Behälterteil 14 beleuchtet. Die Verformung des Behälterteils 14 wird mit einem Detektor 15 berührungslos gemessen. Derartige Meßeinrichtungen sind als optische Triangu­ lationsanordnungen an sich bekannt. Bei der vorgesehenen Viel­ zahl von Behältern 10 können die entsprechend vielzählig erfor­ derlichen Laserstrahlen 12 beispielsweise durch eine Strahltei­ lungseinrichtung erzeugt werden, so daß als Lichtquelle nur ein einziger Laser erforderlich ist, beispielsweise ein HeNe-Laser oder ein Halbleiterlaser. Die entsprechend der Anzahl der Behälter 10 vielzähligen Laserstrahlflecken lassen sich jedoch auch mit einem einzigen Laserstrahl und einem Scannersystem nacheinander erzeugen, indem der Laserstrahl kurzzeitig nach­ einander die vielen Behälter 10 beleuchtet, wobei die insgesamt erforderliche Beleuchtungs- und Meßzeit gering im Vergleich zu den Zeiten der Druckänderungen in der Prüfkammer 11 bzw. in einem lecken Behälter ist.

Die von der Lichtquelle bzw. dem Laser 27 erzeugten Be­ leuchtungsflecken werden von einem Detektor 15 erfaßt und für die meßtechnische Überwachung der Verformung der nicht starren Behälterteile 14 in Verbindung mit einer Ermittlung eines Dich­ tigkeitskriteriums in einer Steuereinheit 21 herangezogen. Da­ bei kann der Detektor aus einer Vielzahl von Einzeldetektoren bestehen, von denen jeweils einer einem Behälter 10 zugeordnet ist, oder es wird ein Detektorelement verwendet, das positions­ empfindlich ist und mehrere Strahlflecken zugleich erfassen kann, ein sogenanntes CCD-Array.

Zur Erzeugung von Druckänderungen in der Prüfkammer 11 ist eine Vakuumpumpe oder eine Druckpumpe 18 über einen Anschluß­ stutzen 28 angeschlossen, in dem ein Steuerventil 17 vorhanden ist. Außerdem ist ein paralleler Anschluß 20 mit einem Ablaß­ ventil 19 vorhanden. Diese Anordnung ermöglicht es, nach einer Öffnung des Steuerventils 17 durch Antrieb der Pumpe 18 ein Va­ kuum oder einen Überdruck in der Prüfkammer 11 zu erzeugen, wo­ bei das Ablaßventil 19 geschlossen ist. Soll der Druck in der Prüfkammer 11 abermals geändert werden, jedoch im umgekehrten Sinne, womit also eine relative Drucksteigerung bzw. Druckab­ senkung gemeint ist, so wird das Ablaßventil 19 bei geschlosse­ nem Steuerventil 17 geöffnet, wodurch ein Ausgleich zwischen dem Inneren der Prüfkammer 11 und deren Umgebung erfolgt.

Die Steuerung der Ventile 17, 19 und der Pumpe 18 erfolgt über die Steuereinrichtung 21 über die gestrichelt dargestell­ ten Steuerleitungen 29. Die Steuereinrichtung 21 selbst ist mit dem Detektor 15 bzw. mit mehreren Einzeldetektoren über Meßlei­ tungen 30 verbunden und mit einem Druckmesser 34 über eine Druckmeßleitung 34′. Außerdem ist noch ein Eingang 31 der Steu­ ereinrichtung 21 dargestellt, über den in die Steuereinrichtung 21 eingegriffen werden kann und Ausgänge 32, mit denen die Steuereinrichtung 21 die Beschickung der Prüfkammer 11 steuert, insbesondere das Öffnen und Schließen des Einlasses 25 und des Auslasses 26.

Letztlich ist die Steuereinrichtung 21 noch mit einer Aus­ sonderungseinrichtung 16 über eine Steuerleitung 33 verbunden, über die der Aussonderungseinrichtung 16 die Position eines oder mehrerer lecker Behälter 10′ gemeldet werden kann, so daß die Aussonderungseinrichtung 16 die Entfernung dieses Behälters 10′ von der Transportvorrichtung 23 veranlassen kann.

Die in Fig. 3 näher dargestellte Steuereinheit 21 hat als wesentlichen Bestandteil eine speicherprogrammierbare Steuer­ schaltung 35, die den Verfahrensablauf steuert. In diese Steuerschaltung 35 wird über den Eingang 31 eingegriffen, also beispielsweise die Programmierung der Schaltung vorgenommen oder ein Startbefehl gegeben. Die Programmierung betrifft ein­ mal den zeitlichen Ablauf des Verfahrens, also beispielsweise eine Zeit t₁, während der ein bestimmtes Vakuum als Prüfdruck p_p erzeugt wird, die Zeitspanne t₂, während der der Prüfdruck auf­ rechterhalten bleibt, und die Zeit t₃, während der eine Änderung des Innendrucks der Prüfkammer 11 erfolgt, also eine Änderung des Prüfdrucks. Stattdessen kann aber auch ein anderer zeitli­ cher Ablauf programmiert werden, beispielsweise zunächst eine Zeitspanne t₂, während der langsam auf den Prüfdruck p_p gestei­ gert wird und eine kurze Zeit t₃, während der der Innendruck der Prüfkammer 11 von p_p auf Atmosphärendruck abgesenkt oder angeho­ ben wird. Darüber hinaus steuert die Steuerschaltung die Meßwerterfassung insbesondere in ihrem zeitlichen Zusammenhang mit dem zeitlichen Ablauf der Druckänderungen in der Prüfkam­ mer. Beispielsweise erfolgt die meßtechnische Überwachung der Verformungen aller Behälterteile 14 im unmittelbaren zeitlichen Zusammenhang mit einer kurzen Zeit t₁ oder t₃, also kurz vor oder kurz nach dieser Zeit. Außerdem muß die Steuerung so er­ folgen, daß die meßtechnische Überwachung dieser Verformungen kurzzeitig genug erfolgt, zumindest aber kürzer als die vorge­ nannte Anpassungszeitspanne t₂.

Die Steuerschaltung 35 wirkt auf eine in der Steuerein­ richtung 21 vorhandene Drucksteuerschaltung 36 ein, welche die erforderlichen Teilschaltungen zur Aktivierung der Pumpe 18 und der Ventile 17, 19 für den vorgegebenen zeitlichen Ablauf auf­ weist. Die elektrische Verbindung der Drucksteuerschaltung 36 mit den Bauteilen 17 bis 19 erfolgt über die Steuerleitungen 29.

Des weiteren ist an die Steuerschaltung 35 eine Transport­ steuerschaltung 37 angeschlossen, die alle elektronischen Bau­ elemente zur Betätigung der Transporteinrichtung 23 über eine Steuerleitung 23′ und zum Öffnen und Schließen des Einlasses 25 und des Auslasses 26 über die Ausgänge 32 aufweist.

Des weiteren hat die Steuerschaltung 35 für die Steuerung einer Lasertreiberschaltung 38 zu sorgen, mit der also der Laser für eine bestimmte Zeit eingeschaltet wird bzw. mit der ein Laserscanner beaufschlagt wird, der also die Ablenkung des Laserstrahls über die Vielzahl der Behälter 10, 10′ besorgt. Der Anschluß der Lasertreiberschaltung 38 an den Laser erfolgt über die Steuerleitungen 27′.

Mit der programmierbaren Steuerschaltung 35 ist ferner eine Meßwerterfassungs- und -auswertungsschaltung 39 verbunden, welche die Meßwerte über die Meßleitungen 30 und 34′ erhält. Letztlich beaufschlagt die Steuerschaltung 35 eine Treiber­ schaltung 40 für die Aussonderungseinrichtung 16.

In Fig. 4 ist die Meßwerterfassungs- und -auswertungsschal­ tung 39 weiter ins einzelne gehend dargestellt. Insbesondere ist deren Verknüpfung mit der Lasertreiberschaltung 38 und mit der Treiberschaltung 40 für die Aussonderungseinrichtung 16 dargestellt. Wird ein bestimmter Behälter 10 angestrahlt, der innerhalb einer rastermäßigen Anordnung von Behältern 10 in der Prüfkammer 11 in einer Schicht in der n-ten Reihe und in der m-ten Zeile angeordnet ist, so erhält dieser eine Laufzahl i und die Lasertreiberschaltung 38 übermittelt eine entsprechende Laufzahl i über eine Verbindungsleitung 38′ in die Schaltung 39. Letztere erfaßt alle dieser Laufzahl i zuzuordnenden Meßwerte, die sie über die Meßleitungen 30, 34′ erhält, also beispielsweise ein Verformungssignal Δx_i über die Meßleitung 30 und ein Drucksignal über die Druckmeßleitung 34′. Aus diesen Meßwerten der meßtechnischen Überwachung wird im Auswertungs­ teil der Schaltung 39 ein Dichtigkeitskriterium ermittelt und zu einer vorgegebenen Vergleichsgröße Bezug gesetzt, woraus sich bei Undichtigkeit eines Behälters 10′ ein mit der Laufzahl i gekennzeichneter Wert zur Beaufschlagung der Treiberschaltung 40 für die Aussonderungseinrichtung 16 ergibt.

Für die Vielzahl der Behälter 10, 10′ ergibt sich bei der Meßwerterfassung, also beispielsweise bei der Ermittlung der Verformungsstärke Δx, ein Meßwertverlauf x(t), der von der Signalaufbereitungsschaltung 41 an eine bezugsbildende Schal­ tung 42 übermittelt wird. Im Einzelnen wird für die Vielzahl der Behälter 10, 10′ während einer ersten Abtastung mit dem La­ serstrahl beispielsweise unmittelbar nach der kurzen Zeit t₁ ein Meßverlauf x_i(t′) ermittelt und durch die Signalaufbereitungs­ schaltung 41 im Zwischenspeicher 41′ abgespeichert. Nach der kurzen Zeit t₂ wird ein weiterer Meßverlauf x_i(t) ermittelt und von der Signalaufbereitungsschaltung 41 an die bezugsbildende Schaltung 42 übermittelt. Die Übermittlung der Meßwertverläufe x_i(t′) und x_i(t) erfolgt so, daß in der bezugsbildenden Schal­ tung 42 Dichtigkeitskriterien unter Berücksichtigung von Be­ zugswerten errechnet werden. Diese Dichtigkeitskriterien Δx_i′ werden in Bezug beispielsweise auf dem Druckverlauf bestimmt und in einen Vergleicher 43 eingegeben, wo sie mit einer Vergleichsgröße in Bezug gesetzt werden, nämlich einem Schwell­ wert S, der in Abhängigkeit von der anzustrebenden Nach­ weisgrenze für ein Behälterleck festgesetzt wird. Ergibt der Vergleich des Vergleichers 43, daß Δx_i′ kleiner als S ist, so erfolgt der nächste Vergleich einer nachfolgenden Größe Δx_i′′.

Ergibt sich hingegen, daß Δx_i, größer als der Schwellwert S ist, so wird die Laufzahl i im Laufzahlspeicher 44 abgespeichert und an die Treiberschaltung 40 zu gegebener Zeit übermittelt, näm­ lich nach dem Entfernen aller Behälter 10, 10′ aus der Prüfkam­ mer 11 in den Bereich der Aussonderungseinrichtung 16 dafür sorgt, daß der betreffende Behälter 10′ ausgesondert wird.

Fig. 2, Teil a) zeigt den Verlauf des Drucks p_i der Prüfkam­ mer 11 in Abhängigkeit von der Zeit t. p_a ist der Atmosphären­ druck und p_p ist der Prüfdruck. Zur Prüfung der Behälter 10 wird so verfahren, daß zunächst der Innendruck p_i von p_a auf p_p ge­ senkt wird, indem die Vakuumpumpe 18 betrieben wird. Das Ab­ senken erfolgt innerhalb der kurzen Zeit t₁. Danach bleibt der Prüfdruck p_p über eine Zeitspanne t₂ aufrechterhalten. Diese Zeitspanne t₂ ist groß genug, daß sich der Druck im Inneren 13 eines lecken Behälters 10′ an den Innendruck p_i=p_p der Prüfkam­ mer 11 zumindest teilweise anpassen kann. Nach Ablauf der Zeit t₂ wird der Druck in der Prüfkammer 11 während der Zeit t₃ von p_i=p_p auf p_i=p_a durch Öffnen des Ablaßventils 19 bei geschlosse­ nem Steuerventil 17 gesteigert. Die Zeit t₃ ist sehr viel klei­ ner als t₂ und ungefähr gleich t₁.

In Fig. 2, Teil c) ist die Verformungsgröße x_d eines dichten Behälters 10 in Abhängigkeit von der Zeit t für den in Teil a) geschilderten Zeitablauf dargestellt. Die Druckabsenkung in der Prüfkammer 11 hat wegen des Innendrucks des Behälters 10 zur Folge, daß sich während der Zeit t₁ eine positive Verformungs­ stärke Δx ergibt, derentsprechend das Behälterteil 14 ausge­ beult ist. Diese Verformungsstärke Δx wird während der Zeit­ spanne t₂ beibehalten und sie verringert sich während t3 wieder zurück auf 0, weil die Druckverhältnisse sind, wie sie es vor Prüfbeginn waren, falls die Elastizität des Behälters aus­ reicht.

Fig. 2, Teil b) zeigt den den Teilen a), c) entsprechenden zeitlichen Verlauf der Verformungsgröße x₁ eines lecken Behäl­ ters 10′. Auch bei diesem Behälter 10′ tritt während der Zeit t₁ eine Verformungsstärke Δx auf, die bei gemischt plastisch/ela­ stischem Verhalten während t₂ unverändert bleibt, bei idealem elastischen Verhalten jedoch wegen des erfolgenden Druckaus­ gleichs zwischen dem Inneren 13 des lecken Behälters 10′ und der Prüfkammer 11 wie gestrichelt dargestellt absinken dürfte. Die infolge des Unterdrucks in der Prüfkammer 11 vorhandene Ausbeulung geht dann also zurück. Nach t₃ ist im Inneren 13 eines lecken Behälter 10′ ein Unterdruck, verglichen mit dem Inneren dichter Behälter 10. Der in der Prüfkammer 11 wiederum herrschende, in der kurzen Zeit t₃ impulsartig auftretende Druck p_i=p_a wird das nicht starre Behälterteil 14 des lecken Behälters infolgedessen einbeulen können, so daß sich eine negative Ver­ formungsstärke Δx′ ergibt. Diese, beispielsweise mit Hilfe des Triangulationsverfahrens gemessene Verformungsstärke Δx′, also in x-Richtung gemessen, wird also in Bezug zur Ausgangslage des nicht starren Behälterteils 14 des lecken Behälters 10′ ge­ setzt, so daß ein Vergleich dieser Meßgröße Δx′ mit einer ande­ ren Vergleichsgröße, die beispielsweise von einem dichten Behälter 10 gewonnen wurde, nicht nötig ist. Es können also unterschiedliche Behälter 10 in einem Meßvorgang geprüft wer­ den, was seitens der Steuereinrichtung 21 problemlos ist, da diese sowieso für jeden Behälter 10 ein besonderes Dichtig­ keitskriterium ermitteln muß, mit dem die Aussonderungsein­ richtung 16 zu steuern ist.

In Fig. 5a sind beispielsweise drei Behälter 10 in einer Zeile oder Spalte 45 innerhalb eines Bereichs 35 der Aussonde­ rungseinrichtung 16 angeordnet. Es versteht sich, daß dieser Bereich 35 tatsächlich größer ausgebildet ist und beispiels­ weise bis zu 500 Behälter 10 aufweisen kann. Jeder Behälter 10 ist auf einer Einzelklappe 36 abgestützt, an der ein Stellaktor 37 angreift und der die Klappe 36 in den Richtungen des Doppel­ pfeils 46 zu bewegen und damit um die Gelenkachse 36′ zu schwenken vermag. Aus Fig. 5b ist ersichtlich, daß die darge­ stellte Einzelklappe 36 im Falle der Beaufschlagung des Stell­ aktors 37 über die Steuerleitung 33 der Treiberschaltung 40 nach unten geklappt wird, so daß der Behälter 10′ abrutscht und damit einer gesonderten Behandlung zugeführt werden kann. Da­ nach wird die Klappe 36 geschlossen, so daß alle verbleibenden dichten Behälter 10 weitertransportiert werden können und Platz für eine weitere Ladung vermessener Behälter 10, 10′ aus der Prüfkammer 11 wird.

Claims (16)

1. Verfahren zur Messung der Dichtigkeit hermetisch abge­ schlossener, insbesondere verderbliche Produkte enthalten­ der Behälter (10), die in eine Prüfkammer (11) gebracht und dort einem Prüfdruck unterworfen werden, mit dem ein nicht starrer Behälterteil (14) während einer eine Beein­ flussung des Innendrucks eines lecken Behälters (10′) durch den Prüfdruck ermöglichenden Zeitspanne (t₂) beauf­ schlagt wird, dessen Verformung meßtechnisch überwacht und zwecks Ermittlung eines Dichtigkeitskriteriums zu einer vorgegebenen Vergleichsgröße in Bezug gesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Prüfdruck gleichzeitig auf eine Vielzahl von in der Prüfkammer (11) angeordneten Behältern (10, 10′) einwirkt, daß unmittelbar vor und/oder nach der eine zumindest teilweise Anpassung des Innendrucks eines lecken Behälters (10′) an den Prüf­ druck ermöglichenden Zeitspanne (t₂) eine Innendruckände­ rung der Prüfkammer (11) innerhalb einer im Vergleich zu dieser Zeitspanne (t₂) kurzen Zeit (t₁ oder t₃) vorgenommen wird, und daß die meßtechnische Überwachung der Verformun­ gen aller Behälterteile (14) im unmittelbaren zeitlichen Zusammenhang mit dieser kurzen Zeit (t₁ oder t₃) innerhalb einer Zeitdauer vorgenommen wird, die kürzer als die An­ passungszeitspanne (t₂) ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine Messung der Verformungsstärke (Δx_i) der nicht starren Behälterteile (14) durchgeführt wird, nachdem die Zeitspanne (t₂) für die Druckanpassung im Inneren (13) eines lecken Behälters (10′) abgelaufen ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Verformungsstärke (Δx_i) des nicht starren Behälterteils (14) eines lecken Behäl­ ters (10′) zu derjenigen eines nicht starren Behälterteils (14) eines dichten Behälters (10) in Bezug gesetzt wird.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ver­ formungsstärke (Δx_i) des nicht starren Behälterteils (14) zu seiner Ausgangsstellung in Bezug gesetzt wird.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an­ schließend an die kurze Zeit (t₁) der Innendruckänderung der Prüfkammer (11) eine Überwachung des Verformungsab­ laufs aller Behälterteile (14) erfolgt.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die in kurzer Zeit (t₁ oder t₃) erfolgende Innendruckänderung der Prüfkammer (11) in gleicher Höhe, aber im umgekehrten Sinn zum Prüfdruck vorgenommen wird.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die der Druckanpassung im Inneren (13) eines lecken Behälters (10′) dienende Innendruckänderung der Prüfkammer (11) als Druckabsenkung und/oder die in kurzer Zeit erfolgende In­ nendruckänderung der Prüfkammer (11) auf Atmosphärendruck durchgeführt wird.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Prüf­ druck während der Zeitspanne (t₂) für die Druckanpassung im Inneren (13) eines lecken Behälters (10′) konstant gehal­ ten wird.

9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die meß­ technische Überwachung der nicht starren Behälterteile (14) mittels mindestens eines letztere beleuchtenden La­ serstrahls (12) erfolgt, dessen Strahlfleck von einem lichtempfindlichen Detektor (15) zur Bestimmung der Ver­ formung herangezogen wird.

10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die meßtechnische Überwachung der nicht starren Behälterteile (14), die metallisch sind, mit einem kapazitiv wirkenden Abstandsmeßverfahren erfolgt.

11. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das er­ mittelte Dichtigkeitskriterium in Verbindung mit einer Aussonderungseinrichtung (16) zum automatischen Aussondern lecker Behälter (10′) verwendet wird.

12. Vorrichtung zur Messung der Dichtigkeit hermetisch abge­ schlossener Behälter, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüfkammer (11) über ein Steuerventil (17) an eine Vakuum- oder an eine Druck­ pumpe (18) angeschlossen ist, daß ein letzterer paralle­ ler, mit einem Ablaßventil (19) versehener Anschluß (20) vorhanden ist, und daß beide Ventile (17, 19) und die Pumpe (18) an eine Steuereinheit (21) angeschlossen sind, an die der die Verformungen der Behälter (10) bestimmende Detek­ tor (15) angeschlossen ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß eine die Vielzahl von Behäl­ tern (10, 10′) in einer Richtung (22) durch die Prüfkammer (11) getaktet fördernde Transportvorrichtung (23) vorhan­ den ist, und daß in Förderrichtung hinter der Prüfkammer (11) eine von der Steuereinheit (21) befehligte Aussonderungseinrichtung (16) vorhanden ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die vielen Behälter (10, 10′) in einer Schicht nebeneinander angeordnet sind und/oder die Aussonderungseinrichtung (16) einen die Behälter (10, 10′) jeweils mit einer Einzelklappe (36) ab­ stützenden Boden hat, die von einem steuerbaren Stellaktor (37) betätigbar ist.

15. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung von Strahlflecken auf den nicht starren Behälterteilen (14) der Anzahl dieser Behälter (10) ent­ sprechende unbewegte Laserstrahlen (12) gleichzeitig und/oder ein einziger von einem Scannersystem nacheinander auf mehrere Behälter (10) gelenkter Laserstrahl (12) vor­ handen ist bzw. sind.

16. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor (15) aus einer Vielzahl von mehreren, den Behäl­ tern (10) jeweils zugeordneten Einzeldetektoren oder einem einzigen positionsempfindlichen, mehrere Laserstrahl­ flecken registrierenden Detektorelement besteht.