DE69030436T2

DE69030436T2 - Verfahren und Vorrichtung zum Ermitteln von Inhomogenitäten in halb-plastischen Materialien mittels Ultraschall

Info

Publication number: DE69030436T2
Application number: DE69030436T
Authority: DE
Inventors: Ray Elswood Davis; Dana Lee Duncan; Samir Wadi Habboosh; James Roger Hall; Dennis Lee Nudelman; Michael John Westkamper
Original assignee: Unilever NV
Current assignee: Unilever NV
Priority date: 1990-01-05
Filing date: 1990-12-31
Publication date: 1997-07-17
Anticipated expiration: 2011-01-01
Also published as: EP0446533A2; CA2033533A1; EP0446533A3; CA2033533C; ES2099090T3; DE69030436D1; US5062299A; EP0446533B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Nachweis von Inhomogenitäten in halbplastischen Substanzen, wie beispielsweise Seifenstücken, durch die Verwendung von Ultraschall.
Ultraschall ist in vielen Bereichen als eine nichtzerstörende, nichtinvasive Test- und Diagnosetechnik verwendet worden. Er ist industriell zur Messung der Dicke von maschinell bearbeiteten Teilen, der Überwachung von Korrosion innerhalb von Rohren und Gefäßen, dem Auffinden von Fehlern in Schweißstellen und Gußwaren und der Messung von Materialeigenschaften eingesetzt worden. In der Medizin wird er weit verbreitet als ein diagnostisches Abbildungsmittel zum Abtasten des Unterleibs, des Herzens und anderer Bereiche verwendet, um Erkrankungen oder Abnormalitäten festzustellen.
Eine Vielzahl an Verbraucherprodukten sind für die Qualitätskontrolle durch Ultraschall überwacht worden. Zum Beispiel offenbart das U.S. 4,208,915 (Edwards) ein Verfahren zur Feststellung fremder Materialien in Nahrungsmittelprodukten durch Ultraschallnachweis. Eine Vielzahl von Transducern ist in einem drehbaren Zylinder mit einem flüssigen Leiter angeordnet. Der Zylinder, der eine ihn umgebende flexible Wand aufweist, wird gegen die Oberfläche von Nahrungsmittelprodukten gepreßt, die unter dem Zylinder auf einem Förderband transportiert werden. Nahrungsartikel, die als für die Untersuchung geeignet angegeben sind, sind Fleischpasteten, Fischfilets, knochenfreie Hühnerprodukte und insbesondere Hamburger. Typische fremde Objekte schließen Metall, Knochenteile, Haar und Stoffstücke ein.
Flüssig verarbeitete Nahrungsmittel können auch durch Ultraschall untersucht werden, wie in dem U.S. 4,384,476 (Black et al.) berichtet. Unter den Nahrungsmitteln, die einer Untersuchung durch diese Technik zugänglich sind, sind fließfähige, breiartige oder zerkleinerte Früchte und Gemüsen, Ketchup, Hackfleisch und Suppen.
Auch überwachbar sind wäßrige Aufschlämmungen von Früchten und Gemüsen, die auf nicht entfernte Kerne, Samen, Stiele oder sogar auf verfaulte Kerngehäuse untersucht werden können. Das Verfahren beinhaltet das Transportieren des Nahrungsmittels durch eine Rohrleitung, die eine Untersuchungsstelle einschließt, die aus einem lichtdurchlässigen Plastik gebildet ist. Ein Vorhang aus Ultraschall wird durch einen gesamten Querschnitt des flüssigen Nahrungsmittels, das durch die Untersuchungsstelle hindurchtritt, hindurchgeleitet. Einzelne Transducer werden als aus einer keramischen, festen Lösung aus Bleizirconat und Bleititanat bestehend beschrieben, wobei sie so dimensioniert sind, daß sie oszillieren und bei einer Frequenz von ungefähr 2,25 MHz betrieben werden können.
Das U.S. 4,821,573 führt Qualitätstests an mit Nahrungsmitteln gefüllten Verpackungen auf ein Verderben hin durch. Das Untersuchungsverfahren beinhaltet das Schütteln jeder Packung in einer Schüttelvorrichtung und daran nachgeschaltet das Hindurchführen der Packung durch einen Begrenzer der Dicke des Packungskörpers, der in einen Wassertank untergetaucht ist, durch den der Ultraschall gesendet wird. Der brauchbare wellenlängenbereich wird mit zwischen 0,5 und 20 MHz angegeben.
In dem Journal of the American Oil Chemists' Society, 1984, 61(3) 560-564, ist die Verwendung von Ultraschall für die Untersuchung der Indexerweiterung von festem Fett während der Verfestigung von Ölen und Fetten berichtet worden. Eine Dissertation ist sogar über die Technik geschrieben worden, wie sie sich auf Molken, Margarinen und gefrohrene Dessertmischungen bezieht. Siehe Dissertation Abstracts International, B 1972, 33(4) 1604-1605.
Über Nahrungsmittel hinaus ist Ultraschall zur Untersuchung von sowohl Feststoffkonzentrationen in Mundwassern (J. Pharm. Sci., 67(4), 492-6 (1978)) als auch mit kosmetischen Cremes (Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved., Pishch. Tekhnol., (5), 34-7 (1988)) eingesetzt worden.
Das meiste der vorstehenden Technik hat sich auf Substrate konzentriert, die entweder Feststoffe oder im wesentlichen Flüssigkeiten sind. Die Untersuchung von Materialien dieser Art ist eine ziemlich glatte Aufgabe. Die Detektoren können leicht einen Kontakt herstellen und diese Materialien werfen einfach interpretierbare Signale zurück. Auf der anderen Seite sind halbplastische Substanzen einer Untersuchung nicht leicht zugänglich. Schwierigkeiten sowohl bei dem Kontakt zwischen dem Prüfkopf und der Substanz als auch bei der Interpretation der Signale treten in diesem Bereich auf.
Die vorliegende Erfindung strebt danach, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Nachweis von Inhomogenitäten innerhalb einer halbplastischen Substanz zur Verfügung zu stellen. Beispiele für Inhomogenitäten sind fremde Materialien, unerwünschte Phasenstrukturen, eine Kristallinität und überschüssige Feuchtigkeit in halbplastischen Substanzen durch die Verwendung von Ultraschall. Eine speziellere Anwendung dieser Erfindung ist der Nachweis von Metall, Glas, Holz oder anderer solcher fremder Objekte in Waschstücken, die Seife enthalten.
Ein Verfahren zum Nachweis von Inhomogenitäten in einer halbplastischen Substanz wird hiermit zur Verfügung gestellt, durch die Schritte, umfassend:
das Erzeugen einer Ultraschallwelle und das Emittieren der Welle durch einen Ultraschallprüfkopf, wobei der Prüfkopf ein Ultraschallverzögerungsmaterial an einem Ende davon einschließt, wobei das Verzögerungsmaterial in fester Form vorliegt; das Anordnen des Verzögerungsmaterials zur Berührung einer Fläche der Substanz;
das Richten der Welle aus dem Prüfkopf durch das Verzögerungsmaterial und dann durch die Substanz;
das Empfangen eines Signals, basierend auf einer Rückkehr der durch die Substanz tretenden Welle; und das Analysieren des Signals durch Vergleich des Signals mit einem Referenzwert.
Das oben beschriebene Verfahren ist Insbesondere geeignet zum Nachweis von fremden Materialien, wie beispielsweise Stücken aus Metall, Glas, Papier, Holz und dergleichen, in einem Waschstück, das Seife enthält. Andere Inhomogenitäten können auch Überwacht werden, einschließlich einer geeigneten Phasenstruktur, dem Feuchtigkeitsgehalt und der Kristallinität&sub4; Die Erfindung kann für die Qualitätskontrolle und/oder die Prozeßregulierung eingesetzt werden.
In einer bevorzugten Anordnung wird die Substanz extrudiert, um einen kontinuierlichen Strom der Substanz zur Verfügung zu stellen, und das Verzögerungsmaterial wird in Berührung mit dem kontinuierlichen Strom der Substanz angeordnet. Dies kann zwischen dem Extrudieren der Substanz in einen fließenden Strom und dem Schneiden des extrudierten Stroms in getrennte Stücke zwischenliegend ausgeführt werden.
Es mag sich als bequem erweisen, den Ultraschallprüfkopf in dem Bereich der Auslaßöffnung des Extruders anzuordnen. Ganz besonders kann er an ein Gehäuse angebracht werden, durch das das extrudierte Material fließt, wobei eine Oberfläche des Verzögerungsmaterials mit dem Gehäuse oberflächenbündig ist, um die fließende Substanz zu berühren.
Die Analyse des empfangenen Signals kann mittels eines Computerprogramms ausgeführt werden, das dazu dient, das Signal mit einem Referenzwert zu vergleichen.
Es wird insbesondere ins Auge gefaßt, daß die halbplastische Substanz eine extrudierbare Waschmittelzusammensetzung sein wird, zum Beispiel eine Zusammensetzung, die dazu bestimmt ist, in Waschstücke für die Körperwäsche verarbeitet zu werden. Eine solche Zusammensetzung wird normalerweise mindestens 5 Gew.-%, besser mindestens 50 Gew.-% eines oberflächenaktiven Mittels enthalten.
Die halbplastische Substanz kann gut bei Temperaturen unterhalb 150ºC verflüssigbar sein.
Verbraucher-Waschstücke sind das auffälligste kommerzielle Beispiel eines halbplastischen Materials innerhalb des Zusammenhangs dieser Erfindung. Die meisten Waschstücke enthalten ein halbfestes oberflächenaktives Mittel, am häufigsten das aus Seife. Andere oberflächenaktive Mittel können auch alleine oder in Kombination mit Seife eingesetzt werden. Diese Substanzen schließen Fettacylisethionat, Fettalkylglycerolethersulfonat, Fettalkoholsulfat, alpha-Olefinsulfonat, Acyltaurat, Mono- und Dialkylphosphat, Dialkylamidoxid, Alyklsulfosuccinat, Fettsäure oder Amidobetain, Sulfobetain, Alkansulfonat und Mischungen davon ein. Am bevorzugtesten wird Seife anwesend sein und zwar in einer Menge von mindestens 5 Gew.-%.
Mehrere Arten von Fehlern oder fremden Objekten können in der Substanz durch das Verfahren dieser Erfindung nachgewiesen werden. Aus nicht immer gut geklärten Gründen schließt die Herstellung von halbplastischen Substanzen, wie beispielsweise Waschstücken, gelegentlich aus Versehen unerwünschte fremde Objekte, wie kleine Stücke aus Glas, Holzspänen, Pappe oder Metall, ein. Stücke mit diesen Verunreinigungen müssen vor der Lieferung an den Abnehmer erfaßt werden.
Die Vorrichtung und das Verfahren dieser Erfindung können auch auf die Messung des Feuchtigkeitsgehalts oder der Phasenstruktur in Waschstücken angewandt werden. Die Phasen können die der delta-, kappa-, gamma- oder zeta-Phasen sein, von denen jede wünschenswert überwacht wird, um die gewünschten Gebrauchseigenschaften zu erhalten. Die Kristallisation in der Substanz kann auch zu der unerwünschten Bildung von sandartigen Teilchen führen (bekannt als "Sand"), für die Ultraschall als eine brauchbare Sonde dienen kann. Die Transparenz von gemahlener Seife kann auch durch dieses Verfahren überwacht werden, da die Phasenstruktur und die Kristallisation signifikante Faktoren bei der Erzielung von Transparenz sind.
In einem zweiten Aspekt stellt diese Erfindung eine Vorrichtung zum Nachweis von Inhomogenitäten in einer halbplastischen Substanz zur Verfügung, wobei die Vorrichtung umfaßt: einen Ultraschallprüfkopf, einschließend ein Ultraschallverzögerungsmaterial in fester Form, angeordnet zum Berühren der halbplastischen Substanz; und Mittel zum Analysieren eines Rückkehrsignals, das durch den Prüfkopf ausgerichtet war und das durch die halbplastische Substanz hindurchgetreten ist, wobei die Analyse den Vergleich des Rückkehrsignals mit einem Referenzwert einschließt.
Die Vorrichtung kann einen Extruder zum Extrudieren (und möglicherweise auch Mischen) der halbplastischen Substanz einschließen, wobei der Ultraschallprüfkopf angeordnet ist, um die Substanz stromabwärts des Extruders zu berühren, insbesondere an einem Auslaßöffnungsbereich davon.
Eine Ausführungsform dieser Erfindung wird als nächstes unter Bezug auf die Zeichnungen beschrieben werden, worin:
Fig. 1 eine Ausführungsform der gesamten Vorrichtung einschließlich Extruder, Ultraschallprüfkopf und Schneidevorrichtung schematisch veranschaulicht;
Fig. 2 ein Querschnitt des Extruder-Prüfkopf-Bereichs entlang der Linie 2-2 in Fig. 1 ist; und
-Fig. 3 ein Querschnitt des Extruder-Prüfkopf-Bereichs entlang der Linie 3-3 in Fig. 2 ist.
Ein Ultraschallprüfkopf 1 wird an einem Austritt 2 eines Extruders 3 positioniert. Der Extruder erhält Material von einer Seifenstrangpresse (selbst eine Art Extruder), die mit dem zulaufseitigen Ende des Extruders 3 verbunden ist. Als halbplastisches Produkt kommt 4 durch den Austritt 2 aus dem Extruder heraus, der Prüfkopf berührt durch ein Ende, das mit einem festen Verzögerungsmaterial 5 ausgestattet ist, die Oberfläche 6 der extrudierten Substanz. Fig. 1 veranschaulicht die gesamte Vorrichtung. Von besonderem Vorteil beim Abtasten an dem Extruderaustritt 2 ist, daß dies das Abtasten eines ganzen Bottichs mit Substanz im ganzen verhindert, der sowohl befriedigende als auch vielleicht unbefriedigende Fraktionen enthalten würde. Andererseits vermeidet der gewählte Abtastpunkt das Untersuchen der Substanz nachdem sie in kleine Fabrikate, z.B. getrennte Waschstücke, geformt worden ist. Somit wird die Ultraschalluntersuchung an einem vorteilhaften Punkt in dem Verfahren ausgeführt, nämlich an einem Punkt nach der Formulierung des Halbplasts aber vor dessen Zerkleinerung, z.B. durch eine Schneidevorrichtung 7, in einzelne halbplastische Fabrikate.

Auswahl des Transducers - allgemeine Prinzipien

Bevor weitere Details geschildert werden, würde ein allgemeiner Überblick über Ultraschallprinzipien beim Verstehen der Erfindung helfen. Ein Schlüsselelement des Ultraschallprüfkopfs ist ein Transducer. Eine Impulsgebereinheit stellt die notwendige hochspannungs elektrische Energie zur Verfügung, um eine Oberfläche des Transducers anzuregen. Daraus resultierende mechanische Schwingungen werden in das Testmaterial, d.h. die halbplastische Substanz, über einen geeigneten Haftvermittler übertragen. Zurückkehrende Schallwellen werden dann von einem Empfänger verarbeitet. Diese Wellen können auf einem Oszilloskop in Form der Amplitude gegen die Zeit (A-Scan) angezeigt werden. Diese Puls-Echo-Technik ist in der Lage, Verunreinigungen, die eine ausreichende "Diskontinuität" in der Struktur des Testmaterials verursachen, zu detektieren.
Diskontinuitäten treten an Grenzflächen auf, an denen ein plötzlicher Wechsel der akustischen Eigenschaften des Testmaterials vorliegt. Wenn eine glatte Schallwellenfront eine Grenzfläche zwischen zwei verschiedenen Medien trifft, wird ein Teil der Welle reflektiert, wobei die restliche Energie durch die Grenzfläche hindurchtritt. Das Verhältnis des Schalldrucks der reflektierten Welle gegen die durchgelassene Welle hängt in erster Linie von der akustischen Impedanz, Z (Z = Dichte des Materials x Schallgeschwindigkeit in dem Material), der benachbarten Materialien und der Oberflächenstruktur und -größe des Reflektors ab. Teilchen mit einer charakteristischen Schallgeschwindigkeit oder Dichte, die von der des Testmaterials stark unterschiedlich ist, z.B. Seife gegen Stahl, werden starke Echorückstrahlungen hervorrufen und somit leichter nachzuweisen sein.
Der relative Wirkungsgrad von Transducern beim Nachweis von Verunreinigungen hängt von vielen Faktoren ab. Diese schließen die Geometrie des Transducers, die Arbeitsfrequenz, den Materialaufbau, den Impulsgeber und den Empfänger ein. Die Schalldruckverteilung im Raum von Ultraschalleinheiten ist eine direkte Folge ihrer Materialzusarnmensetzung und der Geometrie des betrachteten Prüfkopfs. Eine theoretische Analyse zeigt, daß verschieden geformte Prüfköpfe gemeinsame Charakteristiken in ihrer Energieverteilung teilen.
Hochfrequenzschallwellen zeigen eine hohe Bündelung, wobei der signifikanteste Teil des Schallfeldes in einem Abschnitt, der als der Schallstrahl bekannt ist, konzentriert ist. In einer Region direkt vor dem Transducerkristall gibt es einen Bereich mit starken Schalldruckschwankungen, einschließlich Null-Energie- Punkten, der als die Nahzone (Fresnel-Zone) bezeichnet wird. Versuche, Einschlüsse innerhalb der Nahzone nachzuweisen, können zu unverläßlichen Ergebnissen führen und somit sollte der Arbeitsbereich des Prüfkopfs so bemessen sein, daß er diese Zone wegläßt oder vermeidet. Eine Schätzung des Nahfeldes von kreisförmigen Transducern kann aus der folgenden Gleichung bestimmt werden:
Nahfeld = Nf
worin:
d = Transducerdurchmesser
lambda = Wellenlänge
f = Frequenz
c = lokale Schallgeschwindigkeit
Kristalle mit kleinerem Durchmesser, niedrigeren Arbeitsfrequenzen und Materialien mit einer schnellen lokalen Schallgeschwindigkeit werden kürzere Nahfeldlängen ergeben. Die Nahfeldinhomogenität eines rechteckigen Transducers ist weniger ausgeprägt als die eines kreisförmigen Transducers gleicher Größe. Als eine grobe Richtlinie erstreckt sich das Nahfeld eines rechteckigen Transducers über einen Abstand etwas jenseits dem eines kreisförmigen Transducers mit einem Durchmesser, der gleich der maximalen Länge des Rechtecks ist. Eine konstruktive Interferenz ebener Schallwellen erzeugt Regionen hohen Drucks innerhalb des Nahfeldes. Der Punkt des letzten axialen Maximums definiert den Übergang zwischen der Nahzone und dez- Fernzone (Fraunhofer-Zone). Das Nahfeld nimmt von einem ungefähren Durchmesser von dem des Kristalls bis zu etwa der Hälfte dieser Größe am Ende des Nahfeldes ab. An diesem Punkt ist der Schallstrahl auf sein größtes Maß konzentriert.
In dem Fernfeld beginnt der Schallstrahl auseinanderzulaufen, mit einem ungefähren Halbwinkel, gamma, von:
gamma = Divergenzwinkel
für Scheibenoszillatoren:
gamma (6 dB abwärts) = arc sin (0,51 * lambda)/d
gamma (20 dB abwärts) = arc sin (0,87 * lambda)/d
für rechteckige Oszillatoren:
gamma (6 dB abwärts) = arc sin (0,44 * lambda)/s
gamma (20 dB abwärts) = arc sin (0,74 * lambda)/s
worin:
lambda = Wellenlänge
d = Durchmesser des Kristalls
s = Seite des rechteckigen Oszillators
Im allgemeinen gilt für nichtfokussierte Transducer, daß Kristalle mit größerem Durchmesser und mit hohen Arbeitsfrequenzen kohärentere Schallstrahlen erzeugen. Bei allen Kristallen, unabhängig von der Form, nimmt die Fernfelddruckamplitude mit der Entfernung aufgrund der Divergenz des Strahls ab. Zusätzlich absorbiert die Materialstruktur einen Teil der akustischen Energie, wobei sie Schall in Wärme überführt.
Dies, kombiniert mit Verlusten, die von der Streuung an mikroskopischen Grenzflächen ausgelöst werden, wird als Schallabdämpfung bezeichnet. Die Energie nimmt in exponentieller Weise in Bezug auf die Entfernung ab:
p(z)/po = e(-2 * alpha * z)
worin:
p(z) = Druck beim Abstand z von der Tansducerfläche
po = entstehender Druck
alpha = Abdämpfungskoeffizient (für ein gegebenes Material variiert dieser Wert in Abhängigkeit von der Frequenz des Oszillators)
z = Abstand von der Transduceroberfläche
Die Gesamtabnahme der Schallenergie ist eine Anhäufung von Entfernungsverlusten und der Abdämpfung.

Verzögerungsmaterial

Wir haben aus unseren Untersuchungen festgestellt, daß im allgemeinen Prüfköpfe mit höheren Echorückstrahlungen mit halbplastischen Substanzen an einem Auflösungsproblem in dem Vorderteil des Signals leiden. Dieser Effekt führt zu einem inakzeptablen Nachweis von Teilchen nahe der Oberfläche. Man fand, daß Versuche, diese anfänglichen Hauptknalloszillationen mit eitiem eingebauten Empfängerdärnpfungsschaltkreis zu vermindern, eine starke Abnahme der gesamten Signalstärke ergab, was zeigt, daß Transducer mit einer hohen Dämpfung zu Prüfköpfen mit schlechten Teilchennachweiseigenschaften führen würden.
In dieser Erfindung ist das Problem nun durch den Einsatz eines Verzögerungsmaterials 5 als Schnittstelle zwischen der zu testenden Substanz 4 und dem Transducer 8 des Prüfkopfs 1 gelöst worden. Dieses Verzögerungsmaterial 5 stellt eine ausreichende Dämpfung zur Verfügung, um frontale Oszillationen zu Dämpfen, aber nicht ausreichend, um das gesamte Signal abzudämpfen. Ein saubererer und dramatischer Anstieg bei dem Oberflächenteilchennachweis ist erzielt worden. Die Fig. 2 und 3 veranschaulichen schematisch den Prüfkopf mit seinen Bestandteilen.
Die Auswahl des Verzögerungsmaterials 5 hängt von mehreren Faktoren ab. Wenn der Prüfkopf nahe der Auslaßöffnung des Extruders angewandt wird, sollte die Verzögerungsmaterialzusammensetzung hohen Temperaturen (über etwa 60ºX), Feuchtigkeit und ätzenden Chemikalien, die bei der Extrudierung von Halbplasten, wie beispielsweise Seife, beteiligt sind, widerstehen. Ein Material mit einer hohen lokalen Schallgeschwindigkeit hat sich als wünschenswert herausgestellt, um die Nahfeldlänge zu vermindern. Auch war für das Material wünschenswert, daß es eine akustische Impedanz hat, die nahe der der halbplastischen Substanz ist, um eine wirksamere Übertragung von Schallenergie in diese Substanz zu erlauben.
Basierend auf den vorgenannten Überlegungen war das beste Verzögerungsmaterial in Form eines Feststoffs mit einer Impedanz, die von 0,20 bis 1,0, bevorzugt von etwa 0,25 bis etwa 0,50, optimal zwischen 0,28 und 0,45 (gm/cm²-sec) x 10&sup6; reichte.
Unter Bedingungen, unter denen der Extruderaustritt beheizt ist und der Prüfkopf sich nahe diesem Austritt befindet, ist es wichtig, daß das Verzögerungsmaterial einen ausreichend hohen Schmelzpunkt hat und daß es eine gute Abriebbeständigkeit hat.
Es wurde gefunden, daß mehrere Plastikmaterialien das für eine wirksame Verzögerung notwendige Kriterium erfüllen. Insbesondere bevorzugt werden thermoplastische Polymere, wovon Beispiele Polyamide (Nylon), Polyethylenterephthalat, Polycarbonat (Lexan, von General Electric), Polyacetal (Delrin, von Dupont), Polyphenylenoxid, Polysulfon und Formaldehydmelaminharze (Bakelit) einschließen.

Transduceraufbau

Der Transducer 8 ist bevorzugt aus einer Keramik geformt. Dieses Material erlaubt dem Transducer erhöhte Temperaturen auszuhalten und auch einem Abrieb zu widerstehen.
Die Geometrie von sowohl dem Transducer als auch dem Verzögerungsmaterial ist wichtig. Vorteilhaft sollte ein Ende 9 des Transducers, das sich in Kontakt mit dem Verzögerungsmaterial 5 befindet, eine nach außen konkave Krümmung aufweisen. Das Ausmaß der Krümmung für die Transducerendoberfläche sollte in einem Bereich sein, der ausreicht, um einen Strahl 12 nahe dem Zentrum des gemessenen halbplastischen Objekts zu fokussieren. Das Verzögerungsmaterial sollte eine komplementäre, konvexe Ausbuchtung 10 aufweisen, um den gekrümmten Transducer direkt zu berühren.
Jede Geometrie kann geeigneterweise als eine untere Oberfläche des Verzögerungsmaterials eingesetzt werden, die die zu testende Substanz berührt. Für diese Zwecke hat man gefunden, daß eine runde, flache untere Kontaktoberfläche ziemlich geeignet ist.
Noch ein weiteres vorteilhaftes strukturelles Merkmal ist, daß der Transducer 8 in Form einer rechteckig verlängerten Stange vorliegen sollte. Man hat gefunden, daß die rechteckige, verlängerte Geometrie wünschenswert ist, um einen hinreichenden Ultraschallkontakt mit der extrudlerten Substanz, die sich kontinuierlich aus dem Extruderaustritt bewegt, zur Verfügung zu stellen. Das Verhältnis von Länge zu Breite des Transducers sollte von etwa 5:1 bis etwa 1,2:1 reichen, bevorzugt zwischen etwa 2:1 bis 1,75:1.
Alle der vorhergehenden Transducerstrukturmerkmale sind mit dem Ziel formuliert worden, eine fokussierte, scharfe Messerschneidelinie aus Energie zur Verfügung zu stellen. Dieser fokussierte Strahl stellt ein sehr gutes Rückkehrsignal zur Überwachung zur Verfügung, im Gegensatz zu Signalen, die von einem zerstreuten Eintrittsstrahl mit schwacher Stärke erzeugt werden.

Befestigungssystem

Das Befestigungssystem für den Transducer ist entworfen, um direkt an dem Extruderkopf befestigt zu werden. Dieses System muß in der Lage sein, den Transducer in direktem Kontakt mit der halbplastischen Oberfläche zu halten und so eine gute Signalrückkehr sicherzustellen. Mit Bezug auf Seifensubstanzen hat man gefunden, daß ein Kontaktdruck von etwa 10 bis 50 Pfund pro Quadratinch (6,9 x 10&sup4; bis 3,4 x 10&sup5; Pascal), optimal etwa 30 Pfund pro Quadratinch (2,1 x 10&sup5; Pascal) ausreichend ist, um die benötigten Signalstärken sicherzustellen.
Ein vorteilhaftes Merkmal, das den erwünschten Kontaktdruck ermöglicht, ist die Verwendung eines Keils 14 in dem Austrittsauslaßöffnungskanal. Vorteilhaft kann der Keil mit einer Wand des Austrittsauslaßöffnungskanals, die sich gegenüber der des Verzögerungsmaterials befindet, aus einem Stück bestehen. Der Keil sollte so gewinkelt sein, daß er die extrudierte Substanz veranlaßt, zusammengedrückt zu werden, während sie stromabwärts entlang der Verzögerungskontaktunterfläche vorbeitritt. Ein geeigneter Keilwinkel ist von etwa 1º bis etwa 10º, bevorzugt zwischen 1º und 40º. Diese Wirkung des Winkels stellt einen engen Kontakt zwischen der Substanz und dem Verzögerungsmaterial sicher. Ein enger Kontakt stellt eine schärfere Abbildung der Ultraschallwelle sicher.

Impulsgeberspezifikation

Die Resonanzfrequenzen des Transducers können auch für die Erzielung optimaler Ergebnisse wichtig sein. Frequenzen zwischen etwa 1 und 4 oder 5 MHz, bevorzugt zwischen 1,0 und 2,25 MHz, stellen befriedigende Ergebnisse zur Verfügung.
Der Betrieb des Transducers wird normalerweise die Zufuhr von einem irgendwo von 100 bis 14000 Volt, bevorzugt 200-500 Volt, Impuls benötigen, üm die Testsubstanz zum Mitschwingen zu veranlassen.
Wir haben eine beste Wirkungsweise der Impulsgebereinheit bei einer 300 Volt Signalabgabe für eine Dauer von mindestens 1/2 einer Wellenlänge erhalten. Ein geeigneter Impulsgeber ist erhältlich von Harisonic Laboratories, Division of Stavely Sensors, Modell MP127, und eine Empfängereinheit Modell MR106, eine Kombination, die aufgrund der hohen Leistungsabgabe und der Anpassungsflexibilität extrem gute Ergebnisse zur Verfügung stellt.
Die folgenden Beispiele werden die Ausführungsformen dieser Erfindung gänzlicher veranschaulichen. Alle Teile, Prozentangaben und Verhältnisse, auf die hierin und in den anhängenden Ansprüchen Bezug genommen wird, sind in Gewicht der Gesamtzusammensetzung, wenn nicht anders angegeben.

BEISPIEL 1

Eine Waschstückzusammensetzung wurde mit der in Tabelle 1 auftretenden Formulierung hergestellt. TABELLE 1 Waschstückformulierung, enthaltend Seife/Acylisethionat
* Talg- zu Kokosnußöl-Verhältnis
Die Bestandteile aus Tabelle I wurden bei einer Temperatur von 110ºC zusammengemischt, wobei man dem Wasser erlaubte aus dem Reaktor zu verdampfen. Am Ende der Reaktion wurde der Ansatz auf eine Kühlwalze bei 38ºC aufgebracht. Die kühl gewalzten Schnitzel wurden dann gemahlen. Das gemahlene Material wurde dann feingemahlen und dann durch eine 15 cm (6 inch) Refiner/Strangpresse in Blöcke extrudiert. Die Temperaturen variierten zwischen 35ºC und 44ºC in der Strangpresse, mit Strangpreßzeiten von 12 bis 20 Minuten.
An dem Austritt der Strangpresse wurde ein Ultraschallprüfkopf angeordnet, dessen Transducer Abmessungen von 19 mm Breite x 35 mm Länge hatte, gebildet aus einem Keramikmaterial mit einer Krümmung wie in Fig. 3 veranschaulicht. Die Arbeitsfrequenz lag bei 1, Megahertz. Die Extruderaustrittswand gegenüber dem thermoplastischen Verzögerungsmaterial war angewinkelt, um einen abnehmenden Seifenkeil von 1º-4º Winkel zu erzielen.
Ein hervorragender Nachweis wurde für Glas, Holzsplitter und Metallteilchen erzielt, die vor dem Extrudieren absichtlich zu dem Ansatz zugegeben worden waren.
Nach dem Ultraschallnachweis wurde der kontinuierliche Block, der den Extruder verließ, in Waschstückblöcke zerschnitten und über ein Förderband entfernt. Danach wurden die Blöcke mit einem Logo geprägt.

BEISPIEL 2

Im Zusammenhang mit dem vorhergehenden Beispiel wird hierin die Wirkung von verschiedenen Resonanzfrequenzen auf die Qualität der Analyse berichtet. Tabelle II stellt diesen Vergleich zur Verfügung. TABELLE II

BEISPIEL 3

Die Vorgehensweise von Beispiel 1 wurde wiederholt, wobei der rechteckige in Beispiel 1 verwendete Transducer durch einen kreisförmigen Transducer ersetzt wurde.
Tabelle III zeigt die Signalqualität mit den zwei Arten von Transducern. TABELLE III

Claims

1. Verfahren zum Nachweis von Inhomogenitäten in einer halbplastischen Substanz (4) durch die Schritte, umfassend:

(a) das Erzeugen einer Ultraschallwelle und das Emittieren der Welle auswärts durch einen Ultraschallprüfkopf (1), wobei der Prüfkopf ein Ultraschallverzögerungsmaterial (5) an einem Ende davon einschließt, wobei das Verzögerungsmaterial in fester Form vorliegt;

(b) das Anordnen des Verzögerungsmaterials (5) zur Berührung einer Fläche (6) der Substanz;

(c) das Richten der Welle aus dem Prüfkopf durch das Verzögerungsmaterial (5) und dann durch die Substanz (4);

(d) das Empfangen eines Signals, basierend auf einer Rückkehr der durch die Substanz tretenden Welle; und

(e) das Analysieren des Signals durch Vergleich des Signals mit einem Referenzwert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, umfassend das Extrudieren eines kontinuierlichen Stroms der Substanz und das in Kontakt bringen des Verzögerungsmaterials (5) mit dem Strom der Substanz (4).

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, worin die Substanz (4) eine Waschmittelzusammensetzung ist, die ein oberflächenaktives Mittel enthält.

4. Verfahren nach Anspruch 3, worin die Zusammensetzung mindestens 5% Seife einschließt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die extrudierte Substanz (4), während sie stromabwärts an dem Verzögerungsmaterial (5) vorbeifließt, einem reduzierenden Stromquerschnitt ausgesetzt wird, um einen guten Kontakt zwischen der Substanz und dem Material zu erhalten.

6. Vorrichtung zum Nachweis von Inhomogenitäten in einer halbplastischen Substanz, wobei die Vorrichtung umfaßt:

(a) einen Ultraschallprüfkopf (1), wobei der Prüfkopf ein Ultraschallverzögerungsmaterial (5) in fester Form, angeordnet zum Berühren der halbplastischen Substanz (4) umfaßt; und

(b) Mittel zum Analysieren eines Rückkehrsignals, das durch den Prüfkopf (1) ausgerichtet war und das durch die halbplastische Substanz (4) hindurchgetreten ist, wobei die Analyse den Vergleich des Rückkehrsignals mit einem Referenzwert einschließt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, auch umfassend einen Extruder (3) zum Extrudieren eines kontinuierlichen Stroms der halbplastischen Substanz (4), wobei der Ultraschallprüfkopf (1) so positioniert ist, daß er den Strom der Substanz stromabwärts des Extruders (1) berührt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, worin der Ultraschallprüfkopf (1) aus einer Keramik gebildet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6, Anspruch 7 oder Anspruch 8, worin das Verzögerungsmaterial (5) aus einem Thermoplast gebildet ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, worin der Prüfkopf (1) einen Transducer (8) mit einer unteren Oberfläche in Kontakt mit dem Verzögerungsmaterial (5) einschließt, wobei die Oberfläche eine konkave Struktur aufweist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, worin ein Kanal, der den Strom, während er an dem Verzögerungsmaterial vorbeitritt, enthält, mit einem abnehmenden Stromquerschnitt gebildet wird, um die halbplastische Substanz gegen das Verzögerungsmaterial (5) zu drängen, um einen guten Kontakt zwischen der Substanz und dem Verzögerungsmaterial zu erzielen.