DE69006218T2

DE69006218T2 - Ultraschalluntersuchung von der abdichtung geschlossener behälter.

Info

Publication number: DE69006218T2
Application number: DE90914111T
Authority: DE
Inventors: Bahram Farahbakhsh; Ralph Herzig; David Jarman
Original assignee: Alcan International Ltd Canada
Current assignee: Rio Tinto Alcan International Ltd
Priority date: 1989-09-29
Filing date: 1990-09-21
Publication date: 1994-05-05
Anticipated expiration: 2010-09-22
Also published as: EP0493457B1; US5372042A; AU645035B2; WO1991005250A1; CA1337830C; ES2048502T3; EP0493457A1; DE69006218D1; DK0493457T3; AU6425690A; ATE100587T1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine zerstörungsfreie Prüfung einer Naht einer aus Deckel und Behälter bestehenden Verpackung auf Dichtheit.
Eine Vielzahl von Behältern wird zur Verpackung von Substanzen verwendet, die empfindlich gegen die Einwirkung von Luft sind, um ihre Lagerzeit zu verlängern. Die Naht für den Deckel eines Behälters muß vollständig sein, um den Inhalt unbeschädigt zu erhalten. Das ist besonders wichtig bei der Verwendung für Lebensmittel oder andere verzehrbare Stoffe sowie für medizinische Produkte und dergleichen. Behälter, die besonders anfällig für Fehler in der Behälternaht sind, sind solche Behälter, bei denen ein Deckel auf den Behälterrand geschweißt oder geklebt ist. Solche Behälter werden zur Verpackung von Lebensmitteln verwendet, beispielsweise von Fertigmahlzeiten, von Tiernahrung, von landwirtschaftlichen Produkten und dergleichen, aber auch für Flüssigkeiten in der Form von medizinischen oder kosmetischen Stoffen.
Es gibt zur Zeit verschiedene Techniken, die zur Prüfung der Fehlerfreiheit von Behälternähten verwendet werden können, um lange Lagerzeiten des im Behälter enthaltenden Produkts sicherzustellen. Solche Prüfverfahren können die Anlegung von Druckdifferenzen auf die Behälteraußenseite umfassen um festzustellen, ob Fehler in der Verbindung des Deckels mit dem Behälter vorhanden sind oder nicht. Die Druckdifferenz kann entweder dadurch erzeugt werden, daß man ein Vakuum anlegt oder Druck auf den Behälter ausübt. Dieses Prüfverfahren ist aber nur dann brauchbar, wenn es sich um einen festen oder halbfesten Behälter handelt. Weiche Behälter werden entweder zusammengedrückt oder platzen. Fehler in der Behälterabdichtung können auch bestimmt werden vermittels optischer Inaugenscheinnahme, was jedoch keinen Hinweis gibt auf den Zustand der inneren Abdichtung dieser Versieglung. Auch Röntgenstrahlen können angewendet werden.
Dies ist jedoch eine sehr fragliche Methode und sie ist nicht brauchbar bei Aluminiumlaminaten. In der Veröffentlichung R & D Selman, J.D. "On-Line Detection of Food Container Faults", Februar 1987, wird vorgeschlagen, daß man ein optisches Gerät zur Meßung der Nahtdimensionen verwendet unter Verwendung von faseroptischen Systemen oder Lasern, um Naht- oder Abdichtungsfehler festzustellen. Auch durch Wärme erzeugte Abbildungen ist eine andere Technik, die man einsetzen kann, um Fehler in der Naht festzustellen, man hat jedoch festgestellt, daß diese zu empfindlich sind. Die thermischen Eigenschaften eines versteckten Fehlers beispielsweise in Form einer Fleischfaser oder des zur Bindung dienenden Materials reagieren ähnlich. Es ist auch vorgeschlagen worden in dieser Veröffentlichung, Ultraschall zu verwenden, um die Abdichtung und deren Struktur des mit dem Deckel versehenen Behälters festzustellen. Es gibt jedoch keine Diskussion darüber in dieser Literaturstelle, in welcher Weise die Ultraschallprüfeinrichtungen verwendet werden können, um Fehler in der Abdichtung des Behälters feststellen zu können.
In der veröffentlichten UK Patentanmeldung 2 029 960 vom 26. März 1980 ist eine Ultraschallprüfvorrichtung beschrieben, um Beschichtungen, Lötnähte, Klebeverbindungen oder andere Arten von Oberflächenverbindungen zu prüfen. Die Vorrichtung ist insbesondere geeignet zur Prüfung von Lötverbindungen. Eine Übertragungsvorrichtung mit einem Sender wird mit der verbundenen Oberfläche über ein Kopplungsmedium gekoppelt, auf der anderen Seite der Verbindung ist ein Empfänger über ein Kopplungsmedium angeordnet. Adapter können verwendet werden, die sich der geometrischen Form des verbundenen Gegenstands anpassen. Das empfangene Ultraschallsignal wird in ein Signal verwandelt, welches durch die Vorrichtung dargestellt wird als Schallintensität. Ein Abfall in der Schallintensität zeigt an, daß die Bindung oder Verbindung nicht vollständig ist, mithin fehlerhaft.
Langrock et al beschreiben in einem Bericht des Zentralinstituts für Schweißtechnik der DDR in Halle mit dem Titel "Möglichkeiten der Prüfung von überlappenden Schweißnähten in thermoplastischen Abdichtungsstoffen", daß eine reflektierte Form eines Elektroschallprüfers verwendbar wäre bei der Bestimmung von Fehlern in sich überlappenden plastischen Materialien. Impulsechowellen, erzeugt durch ein Prüfgerät, werden analysiert, um solche Fehler festzustellen in dieser überlappten Schweißnaht und ähnlichen plastischen Materialien. Das Impulsechowellen verfahren ist brauchbar bei überlappenden Nähten bei Filmdicken, die oberhalb von 1 bis 2 mm liegen. Durch Untersuchungen der reflektierten Ultraschallenergie können Rückschlüsse auf die Gleichmäßigkeit der überlappenden Verbindung in der geschweißten plastischen Oberfläche gezogen werden. Dieses Echosystem ist aber nicht empfindlich, genug, sehr feine Defekte in der Verbindung festzustellen, so wie man sie bei Behältern antrifft, bei denen Fleischfasern oder andere Lebensmittelfasern in der Verbindung von Deckel und Behälter eingeklemmt sein können und Fehlerstellen in der Naht bilden. Verglichen mit solchen Dicken haben die in Rede stehenden Behälter eine geschweißte Kunststoffdicke von nur 15 u, was einer Gesamtnahtdicke von nur 185 u entspricht.
Die Erfindung schlägt daher ein Verfahren zur Bestimmung der Fehlerfreiheit von Nähten zwischen einem Behälter und einem Deckel vor, bei dem der Deckel mit dem Behälterrand verbunden ist, welches darin besteht, daß
i) der Rand des Behälters zwischen einem Ultraschallsender und einem Ultraschallempfänger gebracht wird, der Sender und der Empfänger eine Reihe von einer Vielzahl von Sendern und einer entsprechenden Anzahl von Empfängern bilden, die Reihen räumlich voneinander getrennt sind und sie der Umfangsform des Behälterrandes entsprechen und die Sender und die Empfänger an Stellen um den Behälterrand herum angeordnet sind, wobei jeder Sender seitlich zum entsprechenden Empfänger versetzt ist,
ii) daß Sender und Empfänger über Ultraschall gekoppelt sind mit dem Rand des Behälters,
iii) Übertragung von Ultraschallwellen von dem Sender durch den Behälterrand zum Empfänger,
iv) Erzeugung eines Spannungssignales entsprechend den Ultraschallwellen, die von dem Empfänger empfangen werden und
v) Analysierung des Spannungssignals auf eine bestimmte Signalcharakteristik hin, welche für einen Fehler in der Schweißnaht spricht und so eine fehlerhafte Packungsversieglung bezeichnet.
Die Erfindung schlägt ferner eine Vorrichtung zur Bestimmung der Fehlerfreiheit von Verbindungen eines verschweißten Behälters mit einem Deckel vor, der mit dem Behälterrand verbunden ist, welche darin besteht, daß
i) getrennt und einander gegenüberliegend angeordnete Sender und Empfänger vorgesehen sind, wobei die Sender eine Reihe von vielen Sendern umfassen und eine Vielzahl von Empfängern, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß sie der Umfangsform des Behälterrandes entsprechen und dabei die Sender und die Empfänger an Stellen um den Behälterrand angeordnet sind und jeder Sender seitlich zum entsprechenden Empfänger versetzt ist,
ii) Einrichtungen, mit denen ein Behälterrand zwischen Ultraschallsender und Ultraschallempfänger angeordnet werden kann,
iii) Einrichtungen zur Ultraschallkopplung der Sender mit den Empfängern und dem Behälterrand,
iv) Einrichtungen zur Erzeugung eines Spannungssignals entsprechend der Ultraschallwellen, die von den Sendern ausgesandt und von den Empfängern empfangen werden und
v) Einrichtungen zur Analyse eines Spannungssignals das von den Signalerzeugern erzeugt ist zur Bestimmung seiner Signalcharakteristik, die einen Fehler in der Verbindung repräsentatiert und damit fehlerhaft versiegelte Verpackungen.
Die Erfindung wird nun an Ausführungsbeispielen, die in den Zeichnungen dargestellt sind, näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein schematisches Fließbild eines Weges eines Behälters, der mit einem Produkt gefüllt wird, geprüft und dann entweder für gut befunden oder verworfen wird;
Fig. 1A ist eine vergrößerte Darstellung eines Schnittes durch den Behälterrand;
Fig. 2 ist ein Schnitt durch eine Vorrichtung, in welcher das Verfahren der Erfindung angewandt wird, die Fehlerfreiheit der Behälterabdichtung mittels Ultraschall zu prüfen;
Fig. 3 zeigt eine andere Ausgestaltung für die Ultraschallkopplung eines Sensors mit dem Behälterrand zur Bestimmung der Prüfung;
Fig. 4 zeigt eine weitere Ausgestaltung der Ultraschallverbindung des Sensors mit dem Behälterrand;
Fig. 5 ist eine perspektivische Darstellung eines Behälters und eine Folge von mehreren Ultraschallsendern und Ultraschallempfängern zur Fehlerbestimmung im Behälterrand;
Fig. 5A, 5B, 5C und 5D sind alternative Anordnungen des Prüfsystems;
Fig. 6 zeigt einen einzelnen Ultraschallsender und einen Empfänger, zwischen denen der Behälterrand angeordnet ist und sich dreht, um so Fehler über den Umfang des Behälterrands festzustellen;
Fig. 7 ist eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung zur Anordnung des einen Senders und Empfängers nach Fig. 6 mit einer Plattform, auf welcher der Behälter ruht und gedreht wird, damit der gesamte Rand des Behälters abgetastet werden kann;
Fig. 8 ist ein Blockdiagramm, welches die elektronischen Komponenten zur Erzeugung und Analyse der Signale des Ultraschallwandlers zeigt; und
Fig. 9(A,B), 9(C,D) und 9(E,F) sind repräsentative Signale aus dem geprüften Behälter mit und ohne festgestellten Dichtungsfehlern.
Es gibt eine Vielzahl von Verpackungen, deren Inhalt sehr empfindlich auf die Umwelt reagiert. Es ist deshalb wichtig, Verpackungen zu schaffen, deren Dichtung oder Abdichtung einwandfei sind und damit ausgedehnte Lagerzeit garantiert, deshalb benötigt man eine Prüftechnik, um diese Fehlerfreiheit der Abdichtung zu prüfen. Die Prüftechnik wird vorzugsweise in einer Art durchgeführt und auch auf eine Weise, bei der die Gefahr der Zerstörung oder der Schwächung der Dichtung im Laufe des Verfahrens der Dichtungsuntersuchung nicht eintritt. Gemäß dieser Erfindung wird eine Ultraschalltechnik vorgeschlagen, die keinen Eingriff bewirkt. Der Zweck dieser Technik ist es, die Fehlerfreiheit der Dichtung in jedem abgedichteten Behälter zu bestimmen. Falls die Dichtung oder Versieglung für einwandfrei befunden ist, wird der Behälter zur Verpackung weitergeleitet. Ist die Versieglung fehlerhaft oder defekt, wird der Behälter verworfen.
Figur 1 zeigt einen Behälter 10, der mit einem Produkt 12 beladen wird, das in der einen oder anderen Art luftempfindlich ist. Der nächste Schritt besteht nun darin, den Behälter 10 mit einem Deckel 14 zu versiegeln. In dieser Ausgestaltung hat der Behälter 10 einen Umfangsrand 16, auf den der Deckel 14 aufgesetzt und mit diesem versiegelt wird. Der Deckel 14 hat eine Größe, die wenigstens den Umfang des Behälterrands entspricht. Bei dem versiegelten Behälter 18 kann der Deckel mit dem Behälter durch Kleben, Verschweißen oder dergleichen Technik verbunden werden, wie sie zur Verbindung von Materialien wie polymerisierten Materialien oder ähnlichen üblich ist. Wie in Figur 1A gezeigt, ist der versiegelte Behälter 18 mit einem Deckel 14 versehen, der aus einer laminierten Folie besteht und der Behälter 10 ebenfalls aus einer laminierten Folie besteht. Laminiert auf gegenüberliegende Folien 20 und 22 von Deckel und Behälter sind dünne Schichten aus Polypropylen 24 bzw. 26. Die einander gegenüberliegenden Schichten von Polypropylen 24 und 26 oder anderen geeigneten Polyolefinen wie beispielsweise Polyethylen, sind vermittels Wärme miteinander unter Druck verschweißt und so, daß der Deckel 14 mit dem Rand 16 des Behälters verbunden wird. Die Fehlerfreiheit dieser Verbidung zwischen den Kunststoffschichten 24 und 26 wird nun nach dem Verfahren und mit der Vorrichtung gemäß der Erfindung bestimmt. Der Behälter 18 wird nun in das Testsystem 28 überführt.
Erfindungsgemäß wird der Behälterrand mit dem darauf befestigten Deckel zwischen ein System von Ultraschallwandlern in Form einer Folge einer Vielzahl von Ultraschallsendern, die mit dem Bezugszeichen 30 bezeichnet sind und Ultraschallempfängern mit dem Bezugszeichen 32 gebracht. Die Ultraschallsender und Empfänger sind ultraschallmäßig gekoppelt mit dem Behälterrand in einer Weise, die z. B. in den Ausgestaltungen nach Figur 2 bis 4 diskutiert sind. Die Ultraschallwellen gehen durch den Behälterrand von den Sendern 30 zu den Empfängern 32. Ein Signal eines jeden Empfängers wird dann erzeugt, welches die Ultraschallwellen darstellt, die von den Empfängern empfangen werden. Das Signal wird analysiert auf bestimmte vorgegebene Signalcharakteristiken, welche einen Fehler in der Versieglung darstellen und somit eine fehlerhafte Versieglung insgesamt. Wenn also der Behälter das Prüfsystem verläßt und der Behälter nicht fehlerhaft ist, bewegt sich der versiegelte Behälter 18a in Richtung des Pfeiles 34, ist der Behälter 18f fehlerhaft, wie schematisch in Figur 1 durch die übertrieben groß dargestellte Einbuchtung durch Lebensmittelreste aus der Abdichtung bei 36, dann wird der Behälter in Richtung des Pfeiles 38 bewegt. Es soll darauf hingewiesen sein, daß der Fehler in der Versieglung in dem Behälter 18f nur zum Zwecke der Illustration übertrieben dargestellt ist. Normalerweise sind solche Fehler nicht sichtbar, es sei denn das anhaftende Lebensmittel durch die Dichtung herausgequetscht sind. Der gute ordnungsgemäße Behälter 18a wird dann einer geeigneten Verpackungsstation zugeführt der fehlerhafte Behälter 18f wird verworfen.
Eine Ausgestaltung zur Feststellung von Fehlern im Behälterrand ist in Figur 2 gezeigt. Der versiegelte Behälter 18 wird umgedreht und in eine Apparatur 38 eingesetzt, in der eine Flüssigkeit vorzugsweise Wasser verwendet wird, den Sender 30 mit dem Behälterrand 18 und auch mit dem Empfänger 32 zu koppeln. Der Behälterrand 16 ruht auf einer Kante 40, die die Form des Behälterrandes hat, so daß darauf der versiegelte Behälter 18 in umgekehrter Lage Halt findet. Die Reihe der Ultraschallempfänger 32 ist in dem Block 42 der Apparatur untergebracht, die auf den Füßen 44 und 46 steht. Ein Verschlußdeckel 48 ist für die Apparatur vorgesehen, in welchem die Sender 30 befestigt sind. Der Sondenteil von Sender und Empfänger erstreckt sich in den Raum 50, der mit Wasser oder einer anderen Flüssigkeit gefüllt ist. Das Wasser wird durch eine Öffnung 52 am Umfang der Apparatur eingefüllt. Geeignete Ventile (nicht gezeigt) sind vorgesehen in den Leitungen für die Öffnung 52, um den Strom des Wassers in den Raum 50 zu regeln. Ein Auslaß 54 ist ebenfalls vorgesehen, um das Wasser aus dem Raum 50 abzulassen. Ein geeignetes Ventil kann in der Leitung 54 installiert sein, um den Abfluß zu regeln. Es sei vermerkt, daß alle Ventile, die mit dem Einlaß und Auslaß verbunden sind, elektronisch betätigt werden, so daß die Folge von Einfüllen des Wassers und Ablassen des Wassers in den Raum während der Prüfung automatisch vonstatten geht. Wenn die Apparatur 38 abgedichtet ist und das Wasser eine Ultraschallkopplung zwischen Sendern und Empfängern über den Behälterrand herstellt, werden Ultraschallwellen durch den Behälterrand geleitet und ein Signal wird erzeugt aufgrund der Empfängerwellen in dem Empfänger 32. Das erzeugte Signal wird entsprechend Figur 8 und den folgenden untersucht. Es wurde gefunden, daß die Verbindung von Wasser in der Apparatur 38 ein sehr gutes Ultraschallkopplungsmittel ist für den Sender und Empfänger mit dem dazwischenliegenden Behälterrand.
Erwähnt sei jedoch, daß auch andere Systeme zur Verfügung stehen, eine Ultraschallkopplung der Sonden von Sendern und Empfängern mit dem Behälterrand vorzunehmen. Wie aus Figur 3 hervorgeht, ist der einzelne Sender 30a, der ultraschallmäßig mit dem Behälterrand 16 durch eine viskose Flüssigkeit 56 gekoppelt. Die viskose Flüssigkeit kann ein Gel, ein Öl oder ein Gelee oder dergleichen sein. In ähnlicher Weise wird jeder einzelne Empfänger 32a ultraschallmäßig mit dem Behälterrand 16 gekoppelt, ebenfalls durch ein viskoses Fluidum 56. Mit dieser Kopplung von Sendern und Empfängern über den Behälterrand ist eine direkte Übertragung der Ultraschallwellen sichergestellt. Mithin benötigt das System nach Figur 3 nicht Wasser, in welches der Behälterrand und die Sender und Empfänger eingetaucht sind, wie das in dem Beispiel nach Figur 2 der Fall war.
In Figur 4 ist eine andere Ausgestaltung für eine Ultraschallkopplung der einzelnen Sender 30a und der einzelnen Empfänger 32a mit dem Behälterrand dargestellt. Geeignete elastomere Becher oder Kappen 58 sind auf jedem Ende der Sender und Empfänger angeordnet, um diese mit dem Behälterrand 16 zu koppeln. Das System der Figuren 3 und 4 stellt daher Wege dar, um Sender und Empfänger mit dem Behälterrand ultraschallmäßig zu koppeln, um die Integrität der Behälterversieglung zu prüfen, ohne daß der Behälter in Wasser oder in ein anderes Kopplungsmedium eingetaucht wird.
Figur 5 zeigt einen versiegelten kreisrunden Rand eines Behälters 60, der mit einer Reihe von Sendern und Empfängern 62 bzw. 64 geprüft werden kann. Bei dieser Art wird der Rand an den Stellen der Sender und der entsprechenden Empfänger geprüft auf Fehler in der Versieglung des Deckels 66. Die Reihe der Sender und Empfänger 62 bis 64 ist um den Behälterrand 70 herum angeordnet, um Fehler in der Nähe eines jeden Detektors festzustellen.
Eine alternative Anordnung zur Feststellung von Fehlern in dem Rand 70 des Behälters 60 besteht darin, den Rand zwischen einem einzelnen Sender 72 und Empfänger 73 mit Ultraschall gemäß Figur 6 zu prüfen. Die Sender und die Empfänger sind mit dem Rand z. B. durch die Ausgestaltung nach Figur 3 oder 4 gekoppelt. Der Behälter 60 dreht sich dann in Richtung des Pfeiles 76 entweder kontinuierlich oder schrittweise, so daß die Ultraschallwellen durch den Behälterrand hindurch gehen und diese dann in einer Weise analysiert werden, was nachfolgend beschrieben werden wird.
Es versteht sich, daß eine Vielzahl anderer Sender und Empfänger vorgesehen werden können, um z. B. eine bessere Abdeckung, eine verbesserte Empfindlichkeit und Wirtschaftlichkeit und dergleichen zu erreichen. Diese Bedingungen hängen ab von den Charakteristika der Versieglung, die zu prüfen ist. Verschiedene Überlegungen schließen z. B. Alternativen ein, wie sie in Figur 6 gezeigt sind, wobei der Behälter stationär bleibt und das Sender- und Empfängerpaar bewegt wird und zwar so, daß sie dem Umfang des Behälterrandes folgen und dabei Fehler in der Versieglung des Behälterrandes feststellen. Diese Sender- und Empfängeranordnungen, wie sie z. B. in Figur 5 gezeigt sind, können entweder so angeordet sein, daß sie diskontinuierlich den Rand abdecken, wobei Sender und Empfänger getrennt angeordnet sind, oder eine kontinuierliche Abdeckung, wenn die Sender- und Empfängerreihen sehr dicht beieinander stehen und damit eine vollständige Abdeckung der versiegelten Fläche ergeben. Bei einigen Behälterausgestaltungen kann eine kontinuierliche oder sogar diskontinuierliche Anordnung von Sender- und Empfängerreihen zu kostspielig sein. Es wird daher vorgeschlagen gemäß der Erfindung nur die Hälfte des Behälterrandes durch Sender und Empfänger abzudecken, entweder dreht sich dabei das Abtastsystem, also Sender und Empfänger um 180º oder der Behälter dreht sich um 180º, um die andere Hälfte des Behälterrandes untersuchen zu können.
Es sei ferner darauf hingewiesen, daß mit einer Vielzahl von Empfängern und Sendern, wie sie in der Anordnung nach Figur 5 dargestellt sind, es nicht notwendig ist, die Empfänger zu den Sendern direkt axial auszurichten. Es ist möglich, sie versetzt zu den Sendern anzuordnen, um die Abdeckung des Behälterrandes zu verbessern. Wie in Figur 5A gezeigt, sind die versetzten Anordnungen von Sendern 62 relativ zu den Empfängern 64 derart, daß jeder Empfänger zwischen einem Sender 62 steht. Unter Berücksichtigung der allgemeinen Richtung der Übertragung der Ultraschallwellen andererseits können wie in Figur 5B zwei Empfänger für jeweils einen Sender angeordnet sein. Der Sender 62 liegt dann oberhalb zweier Empfänger 64 dort, wo die Empfänger dicht nebeneinander stehen und zu dem Sender ausgerichtet sind. Eine solche Anordnung ergibt große Empfindlichkeit bei der Feststellung von Fehlern in dem versiegelten Behälter. Diese Anordnung zeigt auch einen anderen Vorteil der Erfindung auf, indem nämlich der Behälterrand nicht zentrisch genau zwischen Sender und Empfänger zu liegen braucht. Es ist eine beträchtliche Abweichung möglich, insbesondere bei der eingetauchten Anwendung, wobei ein Spalt von bis zu 5 mm zugelassen sein kann. Demgegenüber muß bei der Verwendung der bekannten Echotechnik eine präzise Ausrichtung der versiegelten Oberfläche relativ zum Wandler vorgenommen werden.
Wie aus Figur 5C hervorgeht, kann der Sender ein einzelnes Element sein oder ein zweifaches Wandlerelement. Ein solches zweifaches Wandlerelement 63 überträgt die Ultraschallwellen durch den Rand des Behälters 70. Anstatt nun einen Empfänger auf der anderen Seite des Behälterrandes anzuordnen, ist eine reflektierende Oberfläche 71 vorgesehen, welche die Ultraschallwellen zurückreflektiert durch den Behälterrand hindurch, so daß sie von dem Empfängerteil des Wandlerelements 63 empfangen werden können. Im Rahmen der Erfindung geht es hier um Ultraschallwellen, welche durch den Rand des Behälters hindurch und zurück durch den Rand des Behälters reflektiert werden vermittels der reflektierenden Oberfläche 71.
Abwandlungen dieser Übertragungsart von Sendern und Empfängern hängen von der Behälterart ab. Es sei darauf hingewiesen, daß der Deckel aus einer Folie bestehen kann, wogegen die Basis ein Laminat ist oder kiens, alternativ kann der Deckel aus einem Laminat bestehen oder aus einem Nichtlaminat, aus einem mehrschichtigen Kunststoff und die Basis kann eine Folie sein. Es ist auch möglich, daß der Deckel und der Behälter, die Basis, aus einem mehrschichtigen Kunststoff, einem Laminat oder einem massiven Stoff besteht.
Wie aus Figur 5D hervorgeht, ist eine Reihe von Wandlern vorgesehen für eine Mehrzahl benachbarter Sender 62 mit entsprechenden gegenüberliegenden Empfängern 64. Die Sender und Empfänger sind direkt nebeneinander angeordnet, derart, daß sie wie bei diesem Ausführungsbeispiel der rechteckigen Form des Behälterrandes 70 entsprechen. Wenngleich diese Anordnung kostenträchtig ist, ist sie nicht besonders geeignet, Fehler in der Versieglung des Behälterrandes festzustellen. Eine solche Anordnung wird sich auszahlen in Situationen, wo der Inhalt von besonderer Bedeutung ist, wenn beispielsweise die Lagerbeständigkeit von Wichtigkeit ist. Das reflektierende System arbeitet in dergleichen Weise wie andere Sender- und Empfängersysteme. Das Wandlersystem ist so ausgestaltet, daß nur Wellenenergie reflektiert wird von der Oberfläche 71. Dieses System erfordert den Durchgang der Wellenenergie durch den Rand, damit winzige Partikel in der Dichtung nicht zu Fehlerstellen führen können und erkennbar sind.
Ein Beispiel für eine Vorrichtung, in der der Sender 72 und der Empfänger 74 auf dem Rand 16 eines Behälters 18 angeordnet sind, ist in Figur 7 gezeigt. Die Basis 78 trägt einen Ständer 80, ein federbelasteter Klammermechanismus ist an dem Ständer 80 befestigt. Der Klammermechanismus 82 besteht aus einem Arm 84, an welchem der Sender 72 befestigt ist. An einem zweiten Art 86 ist der Empfänger 74 befestigt. Eine zweite Stange 88 ist mit Federn 90 und 92 versehen, die sich bis zu den Armen 84 und 86 erstrecken. Die Federn 90 und 92 üben einen ausreichenden Druck auf die Arme 84 und 86 aus, die widerum auf dem Ständer 80 gelagert sind, so daß Sender 72 und Empfänger 74 auf die gegenüberliegenden Seiten des Behälterrandes einwirken. Die Sender und die Empfänger sind ultraschallgekoppelt mit dem Behälterrand entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach Figuren 3 oder 4. Der Behälter 18, wie er auf dem Tisch 94 angeordnet ist, dreht sich so, daß der rechteckige Rand 16 zwischen Sender und Empfänger 72 bzw. 74 hindurchbewegt wird. Der Tisch 94 ist mit einem geeigneten Mechanismus ausgestattet, so daß sich der Behälter entsprechend eines vorgeschriebenen Musters dreht und so der gesamte Umfang des Randes abgetastet werden kann. Mit der Abtastvorrichtung nach Figur 6 wird der Behälter entweder kontinuierlich bewegt oder in Absätzen, damit Ultraschallwellen durch den Behälterrand hindurchgehen und Fehlerstellen feststellen können.
Das Blockdiagramm aus elektronischen Komponenten zur Überprüfung der Versieglung ist in Figur 8 dargestellt. Die Untersuchung der versiegelten Fläche einer flexiblen Packung wird durchgeführt vermittels gesonderter Ultraschallwellen durch den Behälterrand hindurch. Diese Wellen werden erzeugt und aufgefangen von zwei Reihen von Ultraschallwandlern 30 und 32, d. h. Sendern und Empfängern, die auf gegenüberliegenden Seiten des Behälterrandbereichs 16 angeordnet sind. Um den Übergang der Ultraschallenergie von den Wandlern zu verbessern, ist eine dünne Wasserschicht 50, wie in Figur 2 gezeigt, zwischen der Fläche der Wandler und den Flächen der Versieglung vorgesehen. Die Erzeugung und die Feststellung der Ultraschallwellenenergie wird vermittels eines Impulsempfängers 98 über einen Verstärker 96 erreicht, wie das bei konventionellen Ultraschallprüfgeräten der Fall ist. Der Impulsempfänger kann 100/200 Volt Gleichstromimpulse bei einer Pulswiederholungsfrequenz in einem Bereich von 1 bis 10 kHz bei einer Bandbreite von 100 kHz bis 50 mHz erzeugen. Die Ultraschallwandlerreihe ist mit einem Signalgenerator und entsprechenden Detektoreinrichtungen über einen Multiplexer 102 verbunden, welcher jede Wandlereinheit in der Reihe aufeinanderfolgend erregt, wie das durch die verschiedenen Leitungen 103a,b, c,...n angedeutet ist.
Die Signale, die von den Wandlern erfasst werden, sind gleichgerichtet, so daß ein Videosignal entsteht. Diese Signale werden dann durch eine Serie von Gattern 100 durchgeleitet derart, daß die Signale, welche Informationen über den versiegelten Bereich enthalten, gefenstert werden. Die Spitze und die Breite eines solchen gefensterten Signals wird dann in 104 ausgewertet und von einem Referenzsignal anschließend subtrahiert, so daß sich ein look-up table 106 ergibt. Dieser look-up table wird zusammengestellt von gemittelten Signalen des Behälters mit bekannter Versieglungsintegrität. Die Differenz der Signale kann auf einem Displaymonitor durch farblich gekennzeichnete Lichter 102 angezeigt werden. Die Größe einer solchen Differenz zeigt die Qualität der Versieglung. Wenn die Differenz eine vorgegebene Größe überschreitet, ist ein Fehler in der Versieglung vorhanden. Diese Informationen können auch digitalisiert werden durch einen analogen oder digitalen Wandler zur elektronischen Speicherung und weiteren Analyse in einer Einheit 110.
Die Spannungssignale, die von den Gattern 100 des elektronischen Systems nach Figur 8 erzeugt werden, sind in Figur 9(A,B), 9(C,D) und 9(E,F) gezeigt. Jedes Signal, dessen Informationen als bedeutend angesehen wird zur Bestimmung eines Defekts, liegt im mittleren Bereich einer jeden Graphik. Die rechte Seite einer jeden Graphik zeigt Sekundäreffekte, d. h. Streuechos, die als nicht bedeutsam für die Bestimmung eines Fehlers angesehen werden. Wenn der Behälterrand frei von Fehlern ist, ist die Spitze im mittleren Bereich der Graphik von beträchtlicher Höhe. In jeder Graphik ist eine horizontale obere Linie enthalten, die die Signalgröße mit Bezug auf eine fehlerfreie Versieglung bestimmt. Wenn also die Höhe der ersten Spitze dicht bei dieser oberen Linie liegt, dann sind keine Fehler vorhanden. Wenn aber die erste Spitze beträchtlich niedriger liegt also unterhalb der oberen horizontalen Linie, ist ein Fehler vorhanden. Bezugnehmend auf Figur 9A zeigt das erzeugte Signal durch einen fehlerfreien Rand, daß die erste bedeutsame Spitze wenig unterhalb der oberen horizontalen Linie liegt. In der Figur 9B jedoch liegt diese erste bedeutsame Spitze beträchtlich unterhalb der anderen horizontalen Linie und zeigt somit die Anwesenheit von Silikonsubstanz in dem versiegelten Bereich an, die zu einem Fehler geführt hat. In ähnlicher Weise ist in Figur 9C und 9D der Vergleich zwischen einem Defekt in der Art einer beträchtlich niedriger liegenden Spitze in Figur 9D graphisch dargestellt, die durch eine Beschädigung herrührt durch Teflon in der Versieglung, wogegen die Figur 9C einen fehlerfreien Rand zeigt, weil die erste Spitze beträchtlich höher liegt als die bei der fehlerhaften Versieglung und etwas über die obere horizontale Linie hinausreicht.
Die Figuren 9E und 9F demonstrieren die Feststellung von Fleischfasern in der Versiegiung. Normalerweise ist es sehr schwierig, so etwas festzustellen, aber mit dem erfindungsgemäßen System ist die Anwesenheit von einer Fleischfaser in der Dichtung deutlich zu sehen. In Figur 9E ist der fehlerfreie Rand durch die erste beträchtliche Spitze, die bis dicht an die obere horizontale Linie heranreicht, verdeutlicht. In Figur 9F jedoch ist diese erste Spitze praktisch nur halb so hoch wie in dem fehlerfreien Rand und zeigt damit einen Fehler durch Fleischfasern an. Somit ist die Erfindung in der Lage, nicht nur sehr schwierig zu bestimmende Silikone und Teflonspuren als Defekte anzuzeigen, sondern auch die Anwesenheit sehr feiner Fleischfasern in der Versieglung, so ist darauf hingwiesen, daß die Erfindung besonders geeignet ist, Fehler in der Versieglung festzustellen, die auf Fleischfasern zurückgehen, diese Art von Fehlern ist die häufigste. Die obigen Beispiele zeigen jedoch die Wirksamkeit der Erfindung bei der Bestimmung von Silikonsubstanz und Teflon. Mit dieser Empfindlichkeit des Verfahrens können auch noch andere Arten von Lebensmittelverunreinigungen festgestellt werden, welche die Qualität der Versieglung beeinträchtigen. In den Beispielen der Figuren 9E und 9F wurden die Versuche mit etwa 1 mm² von Fleischfasern durchgeführt, welche auf der Verbindungslinie angeordnet waren und diese Verbindungslinie wurde dann versiegelt unter Verwendung eines transparenten Kunststoffdeckelmaterials.
Der sich einzustellende Fehler in der Versieglung ist von so winziger Art, daß man ihn kaum mit dem nackten Auge erkennen kann. Wie aber durch die Demonstration in Figur 9F zu ersehen ist, läßt sich der Fehler mit dem Verfahren und der Vorrichtung gemäß der Erfindung leicht feststellen. Die obere horizontale Linie in jeder der Figuren 9A bis 9F ist eine Bezugslinie, mit der die Höhe des gesendeten Schallimpulses beurteilt wird. Es sei jedoch erwähnt, daß unter tatsächlichen Produktionsbedingungen verschiedene Techniken angewandt werden können, um die Höhe dieser horizontalen Linie festzustellen, z. B. kann eine statistische Verfahrenssteuerung eingesetzt werden unter Verwendung eines repräsentativen Musters eines Behälters, der die Vorrichtung passiert hat. Der gewünschte bestimmte Pegel kann dazu verwendet werden, die horizontale Linie elektronisch festzustellen. Der Abstand zwischen den beiden vertikalen Linien der Spitze wird festgestellt von vornherein in dem Instrument, mit dem das gewünschte Zeitintervall bestimmt wird. Die Distanz bildet ein "Gatter" in dem das verwendete Instrument eine normale Form eines Spitzendetektors darstellt. Mithin ist die Position der Spitze innerhalb des Gatters unbedeutend. Ein verworfendes Signal wird durchgelassen, wenn irgendeine Spitze die obere horizontale Linie nicht erreicht oder über diese hinausgeht.
Obgleich in der obigen Beschreibung der Erfindung gewisse Details dargestellt sind, ist es für einen Fachmann doch verständlich, daß Änderungen vorgenommen werden, ohne daß von dem Geiste der Erfindung und dem Umfang der Ansprüche abgewichen wird.

Claims

1. Verfahren zur Bestimmung der Integrität einer Verschweißung zwischen einem Deckel (14) und dem Rand (16) eines Behälters (18) durch Feststellung eventueller Fehler in der Schweißnaht zwischen Deckel und Behälter (10) wobei

i) der Rand (16) des Behälters zwischen einem Ultraschallsender (30) und einem Ultraschallempfänger (32) gebracht wird, der Sender (30) und der Empfänger (32) eine Reihe von einer Vielzahl von Sendern (30) und einer entsprechenden Anzahl von Empfängern (32) bilden, die Reihen räumlich voneinander getrennt sind und sie der Umfangsform des Behälterrandes (16) entsprechen und die Sender (30) und die Empfänger (32) an Stellen um den Behälterrand (16) herum angeordnet sind, wo bei jeder Sender (62) seitlich zum entsprechenden Empfänger (64) versetzt ist,

ii) daß Sender (30) und Empfänger (32) über Ultraschall gekoppelt sind mit dem Rand (15) des Behälters,

iii) Übertragung von Ultraschallwellen von dem Sender (30) durch den Behälterrand (16) zum Empfänger (32),

iv) Erzeugung eines Spannungssignales entsprechend den Ultraschallwellen, die von dem Empfänger (32) empfangen werden und

v) Analysierung des Spannungssignals auf eine bestimmte Signalcharakteristik hin, welche für einen Fehler in der Schweißnaht spricht und so eine fehlerhafte Packungsversieglung bezeichnet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender (30) und der Empfänger (32) über Ultraschall mit dem Behälterrand (16) unter Verwendung einer viskosen Flüssigkeit als Verbindungsmittel gekoppelt sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß der Sender (30) und der Empfänger (32) unter Verwendung von Wasser als Übertragungsmedium ultraschallmäßig gekoppelt sind.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender (30) und der Empfänger (32) mit dem Behälterrand (16) über ein elastomeres Kopplungsteil (58) gekoppelt sind, das an dem Sender (30) und am Empfänger (32) befestigt ist und gegenüberliegende Seiten des Behälterrandes (16) enthält.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender (30) seitlich benachbart des entsprechenden Empfängers (32) auf der gleichen Seite des Randes angeordnet ist und eine ultraschallreflektierende Oberfläche (71) auf der anderen Seite des Randes so angeordnet ist, daß die Energiewellen des Senders zurück auf den benachbarten Empfänger reflektiert werden.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung zwei Empfänger (64) für jeden Sender (62) umfasst, wobei die beiden Empfänger (64) seilich versetzt zum Sender (62) angeordnet sind.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß zur Analyse des Signals ein elektronischer Vergleich mit einem Standardsignal erfolgt, wobei das Standardsignal repräsentativ für eine fehlerfreie Versieglung ist und die Verpackung verworfen wird, wenn der Vergleich der Charakteristiken des vorbestimmten Signals von dem Standardsignal entsprechend abweicht, so daß darauf auf Fehler in der Verpackungsversieglung geschlossen werden kann.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der versiegelte Behälter (18) eine laminierte Folie (14) am Deckel umfasst sowie eine laminierte Folie am Behälter (10) mit verschweißten gegenüberliegenden Scnichten (24,26) aus Polyolefin auf den inneren Flächen der Folie auf Deckel und Behalter.

9. Vorrichtung zur Bestimmung der Integrität einer Verbindung zwischen einem Behälter (18) und einem aufgesiegelten Deckel (14) der mit dem Behälterrand (16) verbunden ist, umfassend

i) getrennt und einander gegenüberliegend angeordnete Sender (30) und Epfänger (32), wobei die Sender (30) eine Reihe von vielen Sendern (30) umfassen und eine Vielzahl von Empfängern (32), wobei die Anordnung so getroffen ist, daß sie der Umfangsform des Behälterrandes (16) entsprechen und dabei die Sender (30) und die Empfänger (32) an Stellen um den Behälterrand (16) angeordnet sind und jeder Sender (62) seitlich zum entsprechenden Empfänger (64) versetzt ist,

ii) Einrichtungen (40), mit denen ein Behälterrand (16) zwischen Ultraschallsender (30) und Ultraschallempfänger (32) angeordnet werden kann,

iii) Einrichtungen zur Ultraschallkopplung (50,56,58) der Sender (30) mit den Empfängern (32) und dem Behälterrand (16),

iv) Einrichtungen (96,98,100) zur Erzeugung eines Spannungssignals entsprechend der Ultraschallwellen die von den Sendern (62) ausgesandt und von den Empfängern (64) empfangen werden und

v) Einrichtungen (104,106) zur Analyse eines Spannungssignals, das von den Signalerzeugern erzeugt ist zur Bestimmung seiner Signalcharakteristik, die einen Fehler in der Verbindung repräsentiert und damit fehlerhaft versiegelte Verpackungen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Sender (30) seitlich benachbart eines entsprechenden Empfängers angeordnet ist und eine ultraschallreflektierende Oberfläche (71) vorgesehen ist, die getrennt von den seitlich versetzten Sendern und Empfängern angeordnet ist, so daß der Rand zwischenschiebbar ist, so daß die Wellenenergie von den Sendern reflektiert wird zurück zu den seitlich angeordneten Empfängern.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Reihe von Empfängern mit jeweils zwei Empfängern (64) für jeden Sender (62) vorgesehen sind, wobei diese Empfängerpaare (64) seitlich versetzt zu dem Sender (62) angeordnet sind.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungsmittel (58) elastomere Kopplungsmittel sind.