WO2024022684A1 - Verfahren, vorrichtung und anordnung zur dichtheitsprüfung mindestens einer verpackung - Google Patents

Verfahren, vorrichtung und anordnung zur dichtheitsprüfung mindestens einer verpackung Download PDF

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WO2024022684A1
WO2024022684A1 PCT/EP2023/067064 EP2023067064W WO2024022684A1 WO 2024022684 A1 WO2024022684 A1 WO 2024022684A1 EP 2023067064 W EP2023067064 W EP 2023067064W WO 2024022684 A1 WO2024022684 A1 WO 2024022684A1
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WO
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packaging
pressure
interference pattern
primary radiation
radiation
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PCT/EP2023/067064
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French (fr)
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Pierre PFEFFER
Giovanni SCHOBER
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SKZ - KFE gGmbH
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M3/00—Investigating fluid-tightness of structures
    • G01M3/02—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum
    • G01M3/36—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting change in dimensions of the structure being tested
    • G01M3/363—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting change in dimensions of the structure being tested the structure being removably mounted in a test cell
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M3/00—Investigating fluid-tightness of structures
    • G01M3/38—Investigating fluid-tightness of structures by using light

Definitions

  • the invention relates to a method for leak testing at least one package.
  • the invention also relates to a device and an arrangement for testing the leaks of at least one package.
  • At least one package each of which has a irradiation surface, is provided.
  • At least a first measuring step is carried out, with primary radiation being irradiated onto the irradiation surface of the at least one packaging and a first interference pattern, which is based on the primary radiation, being de- is detected.
  • An ambient pressure acting on at least a portion of the at least one package is then changed, at least temporarily. While the ambient pressure is changed, at least a second measuring step is carried out, with primary radiation being irradiated onto the irradiation surface of the at least one packaging and a second interference pattern, which is based on the primary radiation, being detected.
  • the at least one first interference pattern is compared with the at least one second interference pattern to determine a tightness of the at least one packaging. This ensures efficient testing. Water baths or test gases are not required.
  • the leak test is advantageously carried out non-destructively.
  • the packaging that has been checked and found to be OK can continue to be used.
  • the method can be applied in particular to all packaging in a production batch and/or in stock. The procedure is not limited to testing individual samples.
  • the leak test can be carried out in particular on packaging with goods already contained therein.
  • the leak test can also be carried out on at least one packaging before goods are packed in it.
  • Another advantage is the short procedure time. Complicated preparations and/or processing of the at least one package to be checked are not required. In particular, no outgassing of test gases has to be waited for and detected.
  • the procedure enables test times of a few seconds, in particular less than one second.
  • the process times depend in particular on a degree of leakage, the rigidity of the at least one packaging and the pressure change, in particular the level of the applied pressure difference, away.
  • the process parameters in particular the pressure change, can preferably be adapted to the process duration to be achieved.
  • the leak test is preferably carried out on at least one package in which goods or a product are already packaged.
  • the at least one packaging can in particular contain at least one object packaged therein, in particular a solid object. Examples of such objects include, in particular, medications, such as tablets, medical items, such as disposable syringes, food and/or electronic components.
  • Each package to be checked can contain at least one object. In particular, several objects can be packed in each packaging.
  • the packaging can also contain a medium, in particular a liquid.
  • the packaging can be a medication bottle with a medication filled in it.
  • packaging is understood to mean in particular a packaging material that enables tight, in particular airtight, packaging of goods in a target state to be checked.
  • Such packaging is, for example, foil packaging, blister packaging, transparent packaging, lightweight containers, in particular lightweight containers made of aluminum or glass, vessels, in particular pressure vessels.
  • the minimum At least one packaging can contain in particular plastics, aluminum, ceramics and/or glass, in particular medical glass.
  • the at least one packaging can be intended for any purpose. In particular, it can be transport packaging, sales packaging, fresh-keeping packaging and/or bulk packaging.
  • a leak in a packaging is understood in particular to mean that the packaging has micro- and/or macroscopic structures, such as cracks, through which an exchange of media with the environment can take place.
  • Such structures, especially cracks can be due, for example, to damage during transport, material defects and/or faulty manufacturing processes. Such leaks can lead to contamination of the packaged goods.
  • the process can be carried out on a single package or on multiple packages. It is particularly efficient to carry out the process on several packages at the same time.
  • the method can be carried out simultaneously on at least two, in particular at least three, in particular on at least 5, in particular on at least 10, in particular at least 20, in particular at least 50, in particular at least 100, in particular at least 200, packages.
  • packages can be checked at the same time.
  • the number of packages that can be checked in parallel can, for example, be determined by a light cone of the primary radiation, a light cone of the secondary radiation, which is covered by a receiver used to detect the interference patterns, and/or a resolution of the receiver be dependent.
  • the packaging to be tested in parallel can be the same or different. In particular, the packaging may differ in shape, size and/or the goods packaged therein.
  • the primary radiation is in particular electromagnetic radiation, in particular laser radiation, preferably monochromatic laser radiation.
  • the primary radiation is particularly preferably expanded radiation, in particular expanded laser radiation.
  • the primary radiation can be irradiated onto a part of the irradiation surface, preferably onto the entire irradiation surface.
  • the primary radiation is particularly preferably generated using a laser diode.
  • the primary radiation is particularly preferably monochromatic laser radiation. Laser radiation with wavelengths in the visible range and/or infrared range has proven to be particularly suitable.
  • Wavelengths between 380 nm and 750 nm, in particular between 650 nm and 670 nm and/or between 520 nm and 540 nm, are particularly suitable.
  • Example wavelengths are 658 nm and 532 nm. These are particularly suitable due to their industrial use.
  • the irradiated primary radiation causes, in particular, secondary radiation emanating from the irradiation surface.
  • the secondary radiation goes back to the primary radiation.
  • the secondary radiation is in particular primary radiation reflected from the irradiation surface and/or from a product packed in the packaging, in particular an object packed therein.
  • To carry out the leak test it is not necessary to measure the entire irradiation surface, in particular the entire surface of the at least one package.
  • the tightness represents a volume variable. It is therefore sufficient to measure a portion of the packaging, in particular the irradiation surface.
  • the primary radiation can only be irradiated onto a partial area of the irradiation surface.
  • the leak test can be carried out regardless of the shape and/or size of the at least one package. The process can be used efficiently and flexibly.
  • the interference pattern detected in the respective measuring steps is due to the primary radiation.
  • the primary radiation can interfere in the area of the irradiation surface, in particular on the irradiation surface and/or a surface of a packaged object.
  • the interference pattern can have, in particular be, a speckle pattern based on the irradiated primary radiation.
  • the speckle pattern can arise from interference of the primary radiation, in particular primary radiation emanating from different transmitters, in particular on the irradiation surface of the packaging and/or on a surface of a product packaged in the package, in particular an object packaged therein.
  • the secondary radiation emanating from the irradiation surface can carry information about the interference pattern. Additionally or alternatively, the interference pattern can also be generated from the secondary radiation.
  • a CCD chip in particular can be used to detect the interference pattern or the secondary radiation.
  • all wavelengths that can be detected by a CCD chip can be used.
  • the Detection can be carried out, particularly in the case of a speckle pattern to be detected, for example via a camera, in particular via its image sensor.
  • the first and second interference patterns are detected in the respective measurement steps.
  • the first interference pattern and the second interference pattern are preferably detected in a spatially resolved manner. This makes a spatially resolved leak test possible. This is particularly advantageous when testing multiple packages for leaks at the same time.
  • the spatially resolved test results allow conclusions to be drawn about the respective packaging in a particularly simple manner.
  • the test results can be assigned to individual packaging in particular. If the check shows that individual packages are leaking, they can be sorted out in a targeted manner. It is not necessary to sort out or recheck the entire inspected batch. The procedure is precise. The procedure allows cost-effective and efficient leak testing.
  • the at least one first interference pattern is compared with the at least one second interference pattern.
  • the interference patterns are superimposed.
  • a phase difference of the interference patterns can be determined by forming the difference.
  • the comparison, in particular the superimposition, of the interference patterns is preferably carried out in a spatially resolved manner.
  • the evaluation can particularly preferably be carried out using a spatially resolved phase difference. This makes it possible to clearly and precisely assign the inspection results to the individual packages, particularly when checking multiple packages in parallel.
  • the process is efficient and economical.
  • the comparison of the interference patterns is preferably carried out using a comparison of corresponding phase images. For example, a first phase image is determined from the at least one first interference pattern and a second phase image is determined from the at least one second interference pattern. The first phase image and the second phase image can then be compared, in particular by determining a phase difference.
  • an ambient pressure which acts on at least a partial area of the at least one packaging, is changed.
  • the ambient pressure is changed in particular over at least a portion of the at least one package.
  • the regional change in the ambient pressure is sufficient to reliably determine the tightness of the at least one packaging.
  • the ambient pressure is preferably changed over the entire at least one package.
  • the at least one first measuring step and the at least one second measuring step are carried out at different ambient pressures.
  • the pressure change between the at least one first measuring step and the at least one second measuring step leads to a deformation of the at least one package and/or the at least one object packaged therein.
  • this deformation can vary.
  • conclusions can be drawn about the respective deformations and thus the tightness of the packaging. For example, changing the ambient pressure in tight packaging leads to deformation of the packaging.
  • leaks in a packaging can lead to an exchange of media with the environment and therefore also to an adjustment of the internal pressure of the packaging to an ambient pressure.
  • the pressure is equalized through the leaks, so that the leaky packaging is deformed to a much lesser extent.
  • the changed ambient pressure also affects the packaged object due to the pressure equalization and can lead to deformation. With tight packaging, the changed ambient pressure does not have a direct effect on the packaged object and leads to less severe deformation.
  • the deformations of the at least one package and/or an object packaged therein can be determined.
  • the evaluation can be carried out, for example, by graphically displaying an overlay of the first interference pattern with the second interference pattern, in particular a spatially resolved overlay of the first interference pattern with the second interference pattern.
  • the deformations of the at least one package and/or an object packaged therein can also be determined quantitatively. This is particularly possible with shearographic evaluation methods. The quantitative determination of the deformation also allows conclusions to be drawn about the size of the respective leaks.
  • the interference patterns it is possible, for example, to form a difference between the at least one first interference pattern and the at least one second interference pattern or their phase images.
  • the difference is smaller when the packaging and/or the packaged object is slightly deformed than when the deformation is greater.
  • the difference allows the deformation and thus the tightness to be easily checked and quantified.
  • the comparison of the interference patterns in particular their difference and/or their phase difference, can preferably be evaluated graphically.
  • an application can be done in grayscale, so that different brightnesses represent a different deformation of the packaging and/or the object packaged therein.
  • the evaluation can then be carried out by a user or automatically.
  • the evaluation can be carried out by an algorithm that uses a threshold value function to assess the brightness in order to distinguish between tight and leaky packaging.
  • the change in the ambient pressure is preferably adapted to the packaging to be measured and/or to the goods packed therein, in particular objects.
  • the pressure change is selected such that a detectable deformation of the at least one package and/or the goods packaged therein, in particular the object packaged therein, occurs.
  • the pressure change is selected such that the pressure change is as small as possible, but still produces a detectable deformation of the at least one package and/or the goods packaged therein, in particular the object packaged therein.
  • Small pressure changes have the particular advantage that the leak test can be carried out particularly easily and quickly. In particular is at Small pressure changes allow for a quick adjustment of the internal pressure and the ambient pressure due to potential leaks in at least one package.
  • the at least one package can be arranged in a pressure chamber.
  • a pressure of an interior space can be changed using suitable pressure influencing units.
  • a negative or positive pressure can be generated in the pressure chamber via a pump.
  • the pressure influencing unit can be, for example, a vacuum pump. It is also possible to change the ambient pressure via a pressure hood, in particular a non-contact pressure hood.
  • the at least one first measuring step is preferably carried out at atmospheric pressure. Atmospheric pressure or atmospheric pressure is understood to mean, in particular, the air pressure prevailing under normal conditions at the location of the leak test. A change in the ambient pressure for the first measuring step is then not necessary. This is advantageous, for example, if the at least one packaging is placed in a pressure chamber and a pressure exchange with the environment takes place. Carrying out the at least one first measuring step at atmospheric pressure is also particularly useful if the pressure change is carried out using a pressure hood. To carry out the at least one second measuring step, the ambient pressure can then be changed based on atmospheric pressure. This makes it possible to carry out the method with as little setup effort as possible and with the smallest possible pressure changes. The process is efficient and economical. To determine the tightness of a packaging, carrying out the first and second measuring steps once is sufficient. However, the first measuring step and the second measuring step can each be carried out several times.
  • a method according to claim 2 can be used particularly precisely and flexibly.
  • the generation of the interference pattern from the secondary radiation enables measurement to be carried out largely independently of the surface properties of the irradiation surface and/or the surface of the packaged object.
  • the secondary radiation can be guided, for example, through an interferometer, in particular a Michelson interferometer. It is also possible to generate the interference pattern from the secondary radiation and the primary radiation, for example by passing the secondary radiation and primary radiation through an interferometer, in particular a Michelson interferometer.
  • the interference patterns are preferably generated from the secondary radiation and/or the primary radiation, in particular from the secondary radiation, by means of a shear element.
  • a shearography system can be used to create the interference pattern.
  • a modified Michelson interferometer with at least one mirror that can be tilted by a tilt angle relative to an optical axis has proven to be particularly suitable for this.
  • a tiltable mirror of an interferometer represents a particularly suitable shear element.
  • the speckle pattern can arise from interference of the primary radiation, in particular primary radiation emanating from different transmitters, in the area of the irradiation surface.
  • the speckle pattern can arise from interference of the primary radiation on the irradiation surface of the packaging and/or on a surface of a product packed in the packaging, in particular an object packed therein.
  • the measurement of speckle patterns resulting from the primary radiation is possible, in particular, with reduced setup effort; in particular, expensive interferometers and/or shear elements can be dispensed with.
  • speckle patterns Another advantage of detecting speckle patterns is the robustness of the measurement and its evaluation against external interference. For example, the generation of an interference pattern from secondary radiation, especially using shearographic methods, can be very sensitive to the smallest surface deformations. Above a certain deformation, decorrelation effects can occur, which make meaningful measurements more difficult. This is particularly critical for flexible packaging and/or flexible packaged objects. In this respect, the measurement of speckle patterns is less prone to interference. The same applies with regard to environmental influences, especially vibrations, which often occur in the production environment. The measurement of speckle patterns is therefore particularly suitable for in-line measurements in an existing production line.
  • a method according to requirement 4 delivers particularly accurate and reliable results.
  • the measuring accuracy can in particular be increased, preferably for the quantitative determination of deformations.
  • the first measuring step and the second measuring step are each carried out several times.
  • different measurement steps can be carried out with different phase differences used to generate the interference patterns.
  • a phase difference of TI/2 has proven to be particularly suitable. It is particularly suitable to carry out the first and second measuring steps four times, each with a phase difference of TI/2.
  • a variably adjustable interfereometer in particular a variably adjustable shear element
  • a phase difference can be created by changing the optical path in an interferometer.
  • a mirror of a Michelson interferometer in particular a tilting mirror in a modified Michelson interferometer, can be axially movable to change the phase difference, in particular movable along the optical axis of an interferometer.
  • a first or a second interference pattern can be generated and detected.
  • the first and second interference patterns can be individually compared with one another, in particular superimposed.
  • a method according to claim 5 enables a particularly simple and precise evaluation.
  • the phase images can be compared in particular by forming an overall phase difference.
  • the phase images are preferably determined and compared in a spatially resolved manner.
  • the comparison of the phase images enables a meaningful and clear assignment of the measurement results to the tightness properties to be tested.
  • the comparison of the phase images enables test results to be easily evaluated, especially graphically evaluated.
  • the first measuring step and the second measuring step are each carried out several times, in particular at least three times, in particular at least four times, preferably three or four times.
  • Each time the measurement steps are carried out respective interference patterns are obtained.
  • a first and a second phase image can be generated in a simple and precise manner.
  • the first and second measuring steps are each carried out several times and then a first or second phase image is generated based on the first and second interference patterns, which are then compared with one another to determine the tightness.
  • a method according to claim 6 is particularly efficient and economical.
  • the small change in pressure enables particularly short process times, in particular process times of less than 5 s, in particular less than 2 s.
  • a small pressure difference leads in particular to short waiting times until a pressure exchange has taken place due to possibly leaky packaging.
  • Another advantage of small pressure differences is that permanent deformation and/or damage to the at least one deformation packing are avoided. After the test has been carried out, the packaging can continue to be used. Unnecessary waste is avoided.
  • the ambient pressure is preferably changed between the measuring steps, in particular by at least 0.1 mbar, in particular by at least 0.25 mbar, in particular by at least 0.5 mbar, in particular by at least 1 mbar.
  • the change in the ambient pressure is adapted to the packaging and/or the object packaged therein.
  • a pressure change in the range from 0.1 mbar to 2 mbar has proven to be particularly suitable.
  • a change in the ambient pressure between 5 mbar and 20 mbar, for example by around 10 mbar has proven to be particularly suitable. If deformations on packaged objects, in particular on packaged solid objects, are to be detected, pressure differences of 50 mbar to 200 mbar, in particular of 100 mbar to 150 mbar, can be used.
  • a method according to claim 7 enables a particularly efficient and mass-producible leak test.
  • the use of a pressure hood allows the process to be used flexibly. Arranging the at least one package in a pressure chamber is not necessary.
  • the pressure hood can, for example, be integrated into existing systems, especially in production systems.
  • the pressure hood in particular a non-contact pressure hood, can be in Area of a conveyor system for which at least one piece of packaging is used.
  • a method according to claim 8 enables precise and efficient leak testing. Areas of the irradiation surface that are opaque to the primary radiation reflect at least part of the primary radiation. The secondary radiation is therefore at least partially due to the primary radiation reflected on the irradiation surface. This allows any deformation of the packaging due to the change in ambient pressure to be precisely determined. Matt surface areas have proven to be particularly suitable.
  • the irradiation surface can in particular be completely impermeable to the primary radiation, in particular opaque. This enables a check based on the entire irradiation surface. However, to carry out the leak test using primary radiation reflected on the irradiation surface, it is also sufficient if only a small area of the irradiation surface is opaque to the primary radiation. Impermeable, in particular opaque, areas can be, for example, stickers or prints on the packaging, in particular on an otherwise transparent packaging. For example, these can be barcodes and/or other imprints printed or stuck onto the packaging.
  • a method according to claim 9 enables a particularly flexible application of the leak test.
  • the method is not limited to packaging that is at least partially impermeable to primary radiation.
  • the procedure can be used in particular for completely transparent Packaging is carried out.
  • the entire irradiation surface, in particular the entire packaging can be transparent to the primary radiation.
  • the primary radiation can fall through the irradiation surface onto the goods packed in the packaging, in particular the packaged object, and be reflected thereon.
  • the secondary radiation therefore results at least partially from the reflection of the primary radiation on the packaged goods, in particular the packaged object.
  • a method according to claim 10 is particularly precise and reliable. Due to the distance between the irradiation surface and the at least one object packaged in the at least one package, any mutual influence between the packaged object and the package is at least reduced. Deformation of the packaging due to the pressure difference does not affect the object and vice versa. This is particularly advantageous for leak testing on transparent packaging.
  • a method according to claim 11 is particularly precise.
  • the increased rigidity of the at least one packaging, at least in the area of the irradiation surface, is particularly advantageous when testing for leaks of packaging that is transparent to the primary radiation.
  • the increased rigidity of the irradiation surface leads to small deformations of the irradiation surface when the ambient pressure changes. As a result, measurement inaccuracies, in particular measurement artifacts, due to the deformation of the irradiation surface are reduced, in particular avoided. Deformations of the at least one packaged object can be precisely determined in order to draw conclusions about the tightness of the packaging. It is a further object of the invention to improve a device for leak testing at least one package.
  • the device has at least one transmitter for emitting primary radiation, at least one receiver for generating and detecting an interference pattern, at least one pressure influencing unit for changing an ambient pressure and an evaluation unit.
  • the evaluation unit is designed to carry out the method described above.
  • the device has the features and advantages described in relation to the method.
  • the at least one transmitter can in particular be a laser diode.
  • the at least one transmitter can be designed in particular to emit expanded primary radiation, in particular expanded laser radiation.
  • the at least one transmitter can have a lens for expanding the radiation, in particular the laser radiation.
  • One transmitter is sufficient to irradiate the primary radiation.
  • Two or more transmitters are preferably present. This ensures more uniform illumination of the irradiation surface of the at least one package.
  • the use of multiple transmitters can promote the formation of an interference pattern, in particular a speckle pattern.
  • the at least one receiver is used to detect an interference pattern.
  • the at least one receiver can have a camera, for example.
  • the at least one receiver can have a detector, in particular a CCD chip.
  • the detector can in particular be an image sensor of a camera.
  • the at least one receiver can also be used to generate the interference pattern from the secondary radiation.
  • the at least one receiver can have an interferometer.
  • a Michelson interferometer has proven to be particularly suitable.
  • the at least one receiver preferably has a shear element, particularly preferably a Michelson interferometer modified for shearography.
  • the at least one receiver particularly preferably has a shearography system.
  • the at least one pressure influencing unit can in particular have a vacuum pump. Alternatively or additionally, the at least one pressure influencing unit can have a pressure hood.
  • the evaluation unit is used in particular to control the at least one transmitter, the at least one receiver and/or the at least one pressure influencing unit.
  • the evaluation unit can, for example, read out and process detected interference patterns using the at least one receiver.
  • the evaluation unit can in particular be connected in a data-transmitting manner to the at least one transmitter and/or the at least one receiver and/or the at least one pressure influencing unit.
  • the evaluation unit can also be integrated directly into the at least one receiver and/or the at least one transmitter and/or the at least one pressure influencing unit.
  • the evaluation unit can in particular comprise a processor, a data memory and a program memory. A computer program for carrying out the method can be stored in the program memory.
  • a device according to claim 13 can be used particularly efficiently and flexibly.
  • the pressure hood can be used to flexibly change the ambient pressure.
  • the pressure hood can be used in different locations. A time-consuming introduction of packaging to be measured into a pressure chamber is not necessary.
  • the pressure hood particularly preferably works without contact.
  • the device can in particular be integrated into existing production, storage and/or conveyor systems for packaging and/or objects to be packaged.
  • a device according to claim 14 enables a particularly reliable and economical leak test.
  • Particularly suitable interference patterns can be generated using the at least one shear element.
  • spatially resolved detection of deformations is possible.
  • the measurement results can be accurately assigned to the individual packages. Unnecessary waste is avoided.
  • the shear element can preferably have a tiltable mirror, in particular in a modified Michelson interferometer. Alternatively or additionally, the shear element can also have a biprism.
  • the arrangement has at least one conveyor system for conveying the at least one package to be checked.
  • the arrangement also has a device for leak testing as described above.
  • the device is arranged relative to the at least one conveyor system in such a way that the at least one packaging conveyed using the at least one conveyor system can be checked for leaks.
  • the arrangement enables an in-line leak test of the at least one packaging in a conveyor path of the same.
  • the arrangement enables the leak test to be integrated into production, storage and/or conveyor systems for the at least one package or the objects packaged therein. This ensures an economical and mass-produced leak test. In particular, this also increases the product safety of the goods packed in the at least one package.
  • 1 is a schematic representation of a device for leak testing of packaging
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a receiver of the device according to FIG. 1 in the form of a shearography system
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a process sequence for leak testing at least one package
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a method step of the method according to FIG. 3 in the device according to FIG. 1, 5a, 5b exemplary measurement results of the leak test on various packaging,
  • FIG. 6 shows a schematic representation of a method step of leak testing according to a further exemplary embodiment
  • FIG. 7 shows a schematic representation of an arrangement for leak testing of packaging with a device according to a further exemplary embodiment
  • Fig. 8 is a schematic representation of a further exemplary embodiment of a device for leak testing of packaging.
  • the device 1 shown in FIG. 1 has a pressure chamber 3 and a pressure influencing unit designed as a vacuum pump 4.
  • the ambient pressure p prevailing in an interior 5 of the pressure chamber 3 can be varied.
  • the ambient pressure p in the interior 5 can correspond to the atmospheric pressure after packaging to be tested has been inserted.
  • the ambient pressure p in the interior 5 can be reduced by pumping it out.
  • a negative pressure can be generated.
  • an overpressure in the pressure chamber can also be generated using suitable pressure influencing units.
  • two packages 6 to be checked with objects 7 packaged therein are arranged.
  • the objects 7 are disposable syringes, for example insulin syringes. It goes without saying that the device 1 and the leak testing method 2 can be carried out for any packaging 6 and any objects 7 packaged therein.
  • the device 1 has two transmitters 8 for emitting primary radiation 9.
  • the transmitters 8 are designed as laser diodes.
  • the transmitters 8 generate expanded laser radiation.
  • the primary radiation 9 is shown schematically in FIG. 1 using dashed lines, which symbolize a light cone of the primary radiation 9.
  • the primary radiation 9 is expanded laser radiation.
  • Laser radiation with wavelengths in the visible range and/or infrared range, particularly in the near-infrared range, has proven to be particularly suitable. Wavelengths between 380 nm and 750 nm, in particular between 650 nm and 670 nm and/or between 520 nm and 540 nm, are particularly suitable. Preferred wavelengths are, for example, 658 nm and 532 nm, which are particularly suitable due to their industrial use.
  • the device 1 has a receiver 10 for detecting secondary radiation 11.
  • the secondary radiation 11 goes back to the primary radiation 9.
  • the primary radiation 9 is irradiated onto irradiation surfaces 12 of the packaging 6 using the transmitters 8.
  • the secondary radiation 11 emanates from the irradiation surfaces 12.
  • the secondary radiation 11 is shown schematically in FIG. 1 by dotted lines.
  • the dotted lines represent one covered by the receiver 10 Light cone shown schematically.
  • the receiver 10 generates an interference pattern from the secondary beam 11 and detects it.
  • the transmitter 8 and the receiver 10 are connected to an evaluation unit 19 in a data-transmitting manner.
  • the evaluation unit 19 controls the transmitter 8 and the receiver 10 and evaluates the data received from the receiver 10.
  • the evaluation unit 19 is designed to carry out the leak test method 2.
  • the transmitter 8 and the receiver 10 can also be arranged outside the pressure chamber 3.
  • the pressure chamber 3 has a viewing window that is transparent to the primary radiation 9 and the secondary radiation 11. The irradiation and detection can take place from outside the pressure chamber 3.
  • the receiver 10 is shown in detail.
  • the receiver 10 is a shearography system.
  • the receiver 10 has a beam splitter 13, a mirror 14, a tilting mirror 15 and a detector 16.
  • the detector 16 is a CCD chip.
  • the beam splitter 13, the mirror 14, the tilting mirror 15 and the detector 16 are arranged in the form of a modified Michelson interferometer.
  • the tilting mirror 15 is tilted relative to an optical axis of the Michelson interferometer. In the exemplary embodiment shown, this leads to the tilting mirror 15 being tilted relative to a plane 17 by a tilting angle b.
  • the plane 17 is parallel to a detection surface 18 of the detector.
  • the tilt angle b is preferably variable.
  • the tilting mirror 15 With the help of the tilting mirror 15, a shear element is formed to amplify the secondary radiation 11 and thus to generate an interference pattern.
  • the tilting mirror 15 can also be swapped with the mirror 14. Accordingly, the tilting mirror is then tilted relative to a plane that is perpendicular to the detection surface 18 of the detector 16.
  • the shearography system can also have a different shear element, for example a shear element implemented by a biprism.
  • an exemplary beam path of the secondary radiation 11 is shown in FIG.
  • the respective direction of propagation of the exemplary light beam is shown using arrows.
  • the secondary radiation 11 enters the receiver 10 and hits the beam splitter 13.
  • part of the secondary radiation 11 is transmitted to the mirror 14 and reflected by it.
  • the radiation reflected by the mirror 14 is reflected at the beam splitter 13 in the direction of the detection surface 18 of the detector 16.
  • a further part of the secondary radiation 11 falling into the receiver 10 is reflected in the direction of the tilting mirror 15 using the beam splitter 13. This portion of the radiation is reflected again at the tilting mirror 15. However, due to the tilt angle b, the radiation is deflected by the angle 2b.
  • the deflected radiation is transmitted through the beam splitter 13 to the detection surface 18 of the detector 16 and detected there. Due to the deflection of the secondary radiation 11 reflected by the tilting mirror 15 in the direction of the detector 16, an optical path length of this radiation is extended. This results in a phase difference, so that the secondary radiation 11 reaching the detector 16 from the mirror 14 and the tilting mirror 15 interferes.
  • the detector 16 records the corresponding interference pattern.
  • the sequence of the leak test method 2 is explained below with reference to FIG. 3.
  • the packaging 6 to be checked for leaks is provided with the objects 7 packaged therein.
  • the packages 6 are placed in the interior 5 of the pressure chamber 3. The placement is carried out in such a way that the primary radiation 9 generated using the transmitters 8 hits the irradiation surfaces 12 of the packaging 6 and the resulting secondary radiation 11 can be detected using the receiver 10.
  • the provision step 20 is followed by a first measuring step 21.
  • the primary radiation 9 is irradiated onto the irradiation surface 12 of the packaging 6.
  • a detection process 23 secondary radiation 11 originating from the primary radiation 9 is detected.
  • a first interference pattern is generated and detected from the secondary radiation 11 using the receiver 10.
  • the implementation of the first measuring step 21 is shown schematically in FIG. 1.
  • the primary radiation 9 is irradiated onto the irradiation surfaces 12 of the packaging 6 and the resulting secondary radiation 11 is detected using the receiver 10.
  • a pressure change step 24 the ambient pressure p, which acts on at least a partial area of the packaging 6 to be measured, is changed.
  • the ambient pressure p in the interior 5 of the pressure chamber 3 is changed using the vacuum pump 4.
  • air is sucked out of the interior 5.
  • the ambient pressure p in the interior 5 is thereby reduced.
  • Fig. 4 shows a section of the device 1 according to Fig. 1 after the pressure change step 24.
  • the packages 6 are arranged in the interior 5 of the pressure chamber 3. Since the pressure chamber 3 must be opened to provide the packaging 6, it is practical - although not absolutely necessary - to carry out the first measuring step 21 at atmospheric pressure.
  • the ambient pressure p in the interior 5 is reduced compared to the atmospheric pressure.
  • the changed ambient pressure p therefore acts on the packaging 6.
  • the right packaging 6 has leaks 25.
  • the right packaging 6 is leaking.
  • the leaks 25 are micro- and/or macroscopic structures such as cracks.
  • the leaks 25 may, for example, have arisen unintentionally as a result of damage during transport and/or during the manufacturing process and/or due to material defects.
  • the left packaging 6 has no such leaks and is tight.
  • the pressure difference applied therefore has a different effect on the left and right packaging 6.
  • the sealed packaging 6 has an internal pressure that differs from the changed ambient pressure p and therefore bulges at least in the area of the irradiation surface 12. Pressure equalization takes place via the leaks 25 in the right packaging 6.
  • the right packaging 6 is therefore less deformed.
  • the evaluation of the leak test makes use of the deformation of the packaging 6 and/or objects 7 packaged therein.
  • the pressure difference to be applied is therefore preferably adapted to the packaging 6 to be checked and/or the objects 7 packaged therein.
  • the pressure difference is advantageously selected depending on the rigidity of the packaging 6.
  • the ambient pressure p is preferably changed by a maximum of 200 mbar, in particular by a maximum of 100 mbar, in particular by a maximum of 50 mbar, in particular by a maximum of 25 mbar.
  • the resulting pressure differences are significantly lower than the pressure differences required in conventional leak tests.
  • the leak test method 2 can be carried out with little setup effort and a short procedure time. Another advantage of the small pressure differences is that permanent deformation and/or damage to tight packaging 6 is avoided.
  • a pressure difference of between 0.1 mbar and 2 mbar is sufficient.
  • a pressure difference between 5 mbar and 20 mbar, in particular about 10 mbar is sufficient.
  • the pressure change step 24 is followed by a second measuring step 26.
  • the implementation of the second measuring step 26 essentially corresponds to the first measuring step 21.
  • the second measuring step 26 has an irradiation process 22 and a detection process 23.
  • the second measuring step 26 is carried out while the ambient pressure p is at least temporarily changed due to the pressure changing step 24.
  • a second interference pattern generated and detected.
  • the second interference pattern reflects changes to the packaging 6 or the objects 7 packaged therein due to the changed ambient pressure p.
  • the second measuring step 26 is followed by an evaluation step 27.
  • the evaluation step 27 the first interference pattern of the first measurement step 21 is compared with the second interference pattern of the second measurement step 26.
  • the respective interference patterns are superimposed and a spatially resolved overall phase difference is determined.
  • the irradiation surfaces 12 of the packaging 6 are at least partially opaque to the primary radiation 9.
  • the entire irradiation surface 12 can be opaque, in particular in that the packaging 6 is opaque overall.
  • packaging 6 can also be used that is transparent in itself, but has non-transparent areas in the area of the irradiation surface 12, for example printed bar codes, stickers and/or other imprints.
  • At least part of the primary radiation 9 is reflected on areas of the irradiation surfaces 12 of the packaging 6 that are opaque to the primary radiation 9.
  • the secondary radiation 11 is therefore at least partly due to the input primary radiation 9 reflected from the beam surface 12.
  • two beam paths of the primary radiation 9 and the secondary radiation 11 reflected on the irradiation surface 12 are shown in FIG.
  • the first measuring step 21 and the second measuring step 26 are each carried out only once and the correspondingly determined interference patterns are compared in the evaluation step 27.
  • the measuring steps 21, 26 are advantageously carried out several times. In this way, the measurement accuracy can be increased, especially for quantitative evaluation.
  • the possibility of carrying out the measuring steps 21, 26 multiple times is indicated in FIG. 3 by the repeat loops 32 shown in dashed lines. Different repetitions of the measuring steps 21, 26 can be measured, for example, with a different phase shift in the receiver 10.
  • a phase shift of TI/2 has proven to be particularly suitable.
  • the measuring steps 21, 26 are each carried out three or four times, in particular with a respective phase shift of TI/2.
  • first and second interference patterns are generated and detected.
  • the interference patterns are then compared based on a comparison of the first phase image with the second phase image.
  • a spatially resolved phase difference is determined.
  • the phase difference can be displayed graphically, for example reproduced and evaluated. This makes possible a qualitative evaluation, in particular a qualitative characterization of the packaging as tight or leaky.
  • 5a and 5b show exemplary evaluation results of the evaluation step 27 on different packages.
  • FIG. 5a The result of an exemplary measurement on two medication bottles 30 is shown in FIG. 5a.
  • the measurement was carried out at the bottom of the medication bottles 30.
  • the bottom of the medication bottles 30 therefore forms an irradiation surface.
  • the figure shows the spatially resolved phase difference, which is obtained by comparing a first phase image with a second phase image.
  • the first and second phase images are determined from the interference patterns of a first measurement step 21 carried out several times and a second measurement step 26 carried out several times, respectively.
  • the phase difference is shown qualitatively in grayscale.
  • a pressure difference of 10 mbar was applied to test the medication bottles 30 for leaks.
  • the medication bottle 30 shown on the left in FIG. 5a is leaking, while the medication bottle 30 shown on the right is tight.
  • the leaky medication bottle shown on the left enables pressure equalization when the ambient pressure p changes. This results in only minimal surface deformation. Due to the minimal deformations in the order of magnitude of the wavelength of the primary radiation 9, the phase difference obtained from the adjustment shows a characteristic interference pattern that identifies the medication bottle 30 shown on the left as leaking. In contrast, the bottom of the right, sealed medication bottle 30 becomes dense due to the applied pressure difference significantly more deformed. The deformation is greater than the magnitude of the wavelength, so a noise pattern results instead of an interference pattern. The noise pattern obtained indicates that the medication bottle 30 shown on the right is tight.
  • FIG. 5b A corresponding measurement on two blister packs 31 is shown in FIG. 5b.
  • the pressure change step 24 a pressure difference between 0.1 mbar and 2 mbar was generated.
  • the left blister pack 31 is leaky, whereas the right blister pack 31 is tight. Due to a pressure equalization possible via the leaks, the irradiation surface of the left blister pack 31 is only minimally deformed, so that a characteristic interference pattern results in turn.
  • the dense blister pack 31 shown on the right is deformed many times more, resulting in a noise pattern. Again, based on the resulting interference or noise patterns, a distinction can be made between tight and leaky packaging.
  • FIGS. 5a and 5b a distinction is made between tight and leaky packaging by qualitatively evaluating the phase differences based on the resulting interference or noise patterns. In other exemplary embodiments, not shown, a quantitative evaluation is also possible. Particularly for leaky packaging, the deformations and thus potential leaks can be quantified.
  • FIG. 1 A further application of the leak testing method 2 is shown in FIG.
  • Identical components have the same reference numbers as already described above with reference to Figures 1 to 4. the same variant to which reference is made here.
  • Components that are structurally different but functionally similar have the same reference numerals followed by an a.
  • the application of the leak testing method 2 shown in FIG. 6 is also carried out with the device 1 according to FIG. 6 shows a section of the device 1.
  • the application differs only in the packaging 6a to be checked for leaks and the objects 7a packed therein. 6 shows the implementation of the second measuring step 26, i.e. a state with a temporarily changed ambient pressure p.
  • the packaging 6a is transparent to the primary radiation 9 at least in the area of the irradiation surfaces 12a. A reflection of the primary radiation 9 on the irradiation surface 12a does not take place. The primary radiation 9 penetrates the irradiation surface 12a and hits the packaged object 7a. The primary radiation 9 is reflected on the object 7a and passes through the transparent irradiation surface 12a as secondary radiation 11. The secondary radiation 11 therefore results from a reflection of the primary radiation 9 on the packaged object 7a.
  • the application shown in FIG. 6 extends the application of the leak testing method 2 to packaging 6a that is transparent to the primary radiation 9, in particular completely transparent. The leak testing method 2 enables, in particular, the leak testing of packaging 6a that is completely transparent to the primary radiation 9.
  • the packaging 6a Due to the transparency of the packaging 6a, at least in the area of the irradiation surface 12a, the packaging 6a cannot be deformed be detected.
  • the method makes use of the fact that in the case of sealed packaging 6a, as shown on the right in FIG. 6, the applied pressure difference essentially acts on the packaging 6a.
  • the packaged object 7a therefore only deforms minimally in the tight packaging 6a.
  • the pressure difference can act on the object 7a packed in the packaging 6a via leaks 25 in the packaging 6a. This is shown for the right packaging 6a in Fig. 6.
  • the object 7a packed in the leaky package 6a is deformed due to the applied pressure difference.
  • the deformation of the object 7a can be detected by the primary radiation 9 reflected on the object 7a.
  • a distance in the form of an air cushion 35 is formed between the irradiation surface 12a and the object 7a.
  • the irradiation surface 12a and the object 7a are spaced apart from one another by the air cushion 35.
  • Due to the air cushion 35 the object 7a can deform unhindered in leaky packaging.
  • deformations of the packaging 6a particularly in the case of dense packaging 6a, do not lead to a deformation of the object 7a. This ensures a particularly reliable and precise characterization of the packaging 6a to be measured as tight or leaky.
  • the packaging 6a has a higher rigidity than the object 7a. This minimizes deformations of the packaging 6a, particularly in the area of the irradiation surface 12a. Disturbing influences due to deformation of the packaging 6a on the Implementation of the measurement steps 21, 26 and the evaluation step 27 are minimized. Measurement artifacts are avoided. Measurement artifacts can make the quantitative determination of deformations particularly difficult.
  • the objects 7a are, in particular, massive objects.
  • Examples include, in particular, tablets, food (e.g. meat, bread, ...) and/or similar items.
  • the pressure difference to be set for the leak test is advantageously measured based on the rigidity of the packaged object 7a. For example, pressure differences in the two to very low three-digit millibar range have proven to be suitable for testing plastic objects. Again, only small pressure changes are required, resulting in quick and efficient leak testing.
  • FIG. 7 shows a further exemplary embodiment of an arrangement 40 with a device 1b for leak testing of packaging.
  • Identical components have the same reference numbers as in the variant already described above with reference to FIG. 1, to which reference is hereby made.
  • Components that are structurally different but functionally similar have the same reference numerals followed by a b.
  • Device 1b has a pressure hood 41.
  • the transmitters 8 for the primary radiation 9 and the receiver 10 for generating and detecting an interference pattern from the secondary radiation 11 are integrated into the pressure hood 41.
  • the device 1b in particular the pressure hood
  • the conveyor system 42 is a Conveyor belt. Of course, any other conveyor systems or conveyor technologies can also be used. With the help of the conveyor system 42, the objects 7 packed in the packaging 6 are conveyed.
  • the arrangement 40, in particular the pressure hood 41, is therefore integrated into a production system or storage system. With the help of the arrangement 40, an in-line leak test of packaging 6 conveyed using the conveyor system 42 is possible.
  • the packaging 6 to be checked for leaks is conveyed in a conveying direction A.
  • the packaging 6 with the objects 7 packaged therein are provided in the provision step 20 below the device 1b.
  • the first measuring step 21 is then carried out.
  • the pressure change step 24 is carried out using the pressure hood 41.
  • the pressure hood 41 can suck in air, as shown schematically using the arrows 43.
  • the air suction changes the ambient pressure p acting on the packaging 6 to be measured.
  • the second measuring step 26 takes place during the air intake.
  • the interference patterns of the measuring steps 21 and 26 are compared.
  • the pressure hood 41 can work without contact. Lowering the pressure hood 41 is not necessary. Due to the small pressure differences, it is also possible to carry out the pressure change step 24 and the second measuring step 26 efficiently and quickly.
  • the leak test procedure can be carried out with short process times.
  • the packaging 6 must only be conveyed in conveying direction A for one stopped for a short period of time.
  • the leak test can be integrated into existing conveyor systems without any loss of time. In particular, existing conveyor systems can be retrofitted with appropriate devices 1b.
  • the device 1b can also be used for leak testing of packaging that is transparent to the primary radiation 9, in particular completely transparent.
  • the pressure hood can also be lowered onto the conveyor system.
  • the pressure hood can form a pressure chamber after lowering with the conveyor system. This makes it particularly possible to generate large pressure differences. This is particularly advantageous when testing for leaks in packaging with high rigidity and/or based on the deformation of the packaged objects, in particular massive objects.
  • the primary radiation is irradiated over at least a portion of the surface of the at least one package.
  • the primary radiation is only irradiated onto a partial area of the surface of the at least one packaging. If necessary, only the deformation of a partial area of the surface of the at least one package is measured. This is sufficient for leak test method 2. Irradiation over the entire surface of the packaging is not necessary. The reason for this is that tightness is a volume property of the entire packaging. No matter where leaks occur, they lead to pressure equalization, which can be registered in less severe deformation of any packaging parts. The leak test can therefore only take place in partial areas of the packaging surface. The process is efficient and accurate. In other exemplary embodiments (not shown), the entire packaging surface can also be measured. In particular, different sub-areas can be measured successively.
  • FIG. 8 shows a further exemplary embodiment of a device 1c for leak testing of packaging.
  • Identical components have the same reference numbers as in the variant already described above with reference to FIG.
  • Components that are structurally different but functionally similar have the same reference numbers with a small c after them.
  • the device 1c has a pressure chamber 3 and a pressure influencing unit designed as a vacuum pump 4.
  • a vacuum pump 4 With the help of the vacuum pump 4, the ambient pressure p prevailing in the interior 5 of the pressure chamber 3 can be varied, as was described in relation to the above exemplary embodiments.
  • a packaging 6c shown as an example, with an object (not shown) packed therein is arranged.
  • the packaging 6c has an irradiation surface 12c.
  • the transmitters 8 which are designed as laser diodes, the primary radiation 9 is irradiated onto the irradiation surface 12c of the packaging 6c.
  • the primary radiation 9 is expanded laser radiation.
  • the transmitters 8 each have a lens 45 for expanding the laser beams.
  • the primary radiation 9 irradiated with the help of the two transmitters 8 interferes on the irradiation surface 12c, forming an interference pattern in the form of a speckle pattern 46.
  • Secondary radiation emanating from the irradiation surface 12c is detected with the aid of the receiver 10c.
  • the receiver 10c is designed as a camera.
  • the detected secondary radiation contains information about the speckle pattern 46.
  • the camera is in signal connection with an evaluation unit 19c.
  • the evaluation unit 19c can be designed, for example, as a computer or microcontroller.
  • the device 1c is particularly suitable for carrying out the leak testing method described above. For example, at least a first measurement step and at least a second measurement step can be carried out, with the speckle pattern 46 resulting from the primary radiation 9 being detected in each case. Between the measuring steps, the ambient pressure p can be changed using the vacuum pump 4.
  • the first interference pattern and second interference pattern to be used for the adjustment are not generated from the secondary radiation, but rather the speckle pattern 46 based on the primary radiation 9 is measured directly. Expensive measuring systems, especially shear elements or interferometers, are not necessary.
  • a further advantage of this exemplary embodiment is that the detection and adjustment of the speckle patterns 46 enables a leak test that is less sensitive to disturbances, for example vibrations and/or deformations of the packaging 6c and/or the packaging therein located object.
  • the device 1c thus enables a simple, flexible and failure-prone leak test, which is particularly suitable for use in harsh environments, for example in the production environment. This means that the measurement of speckle patterns 46 for leak testing is particularly suitable for being used in-line, as shown for example using a pressure hood in FIG.
  • the speckle pattern 46 which forms on the irradiation surface 12c of the packaging 6c is detected.
  • a non-transparent area of the packaging 6c on which the speckle patterns form is therefore measured.
  • packaging with a transparent irradiation surface can also be measured.
  • the speckle patterns can then form on the surface of the packaged object. The measurement of speckle patterns is therefore suitable for all variants of leak testing described above in relation to other exemplary embodiments.
  • the speckle patterns 46 detected in the different measurement steps are subtracted from each other.
  • the speckle patterns measured in the different measuring steps are essentially the same, so that their difference is small, in particular essentially zero. Dense packages that deform for the entire duration of the pressure change result in a finite difference in the speckle pattern. Based on the difference values, it is easy to determine the tightness of the connection pack must be closed. In addition, a time course of the difference values before and after the pressure change can be measured and evaluated. This can advantageously be used to draw conclusions about the extent of the leak. For example, it can be determined how quickly a temporary deformation decreases due to pressure equalization through leaks.
  • the speckle patterns 46 can be easily detected and evaluated in a spatially resolved manner.
  • the comparison of the speckle patterns 46, in particular the difference between the speckle patterns 46 is graphically evaluated. This can be done either by an operator or, preferably, automatically by an algorithm. For example, a grayscale display can show the size of the difference. The algorithm can then analyze the brightness in individual areas.

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Abstract

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

Description

Verfahren, Vorrichtung und Anordnung zur Dichtheitsprüfung mindestens einer Verpackung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Dichtheitsprüfung mindestens einer Verpackung. Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Vorrichtung und eine Anordnung zur Dichtheitsprüfung von mindestens einer Verpackung.
In vielen Bereichen von Industrie und Handel ist es erforderlich, dass verpackte Waren vor einem äußeren Einfluss geschützt werden. Beispiele sind insbesondere Medikamente und/oder Lebensmittel. Hierzu ist es erforderlich, dass die Verpackung der entsprechenden Waren dicht, insbesondere luftdicht, ist. Undichtigkeiten können zu einem unerwünschten Austausch mit der Umgebung und/oder einer Kontamination der Ware führen. Von daher ist es vorteilhaft, die Dichtigkeit von Verpackungen überprüfen zu können. Hierzu gibt es verschiedene Prüfkonzepte, beispielsweise die (Werker-)Wasserbad-Prüfung, die (Differenz-)Druck-Prüfung oder die Dichtheitsprüfung mittels Testgasen.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Dichtheitsprüfung anzugeben, insbesondere ein Verfahren anzugeben, das präzise, massentauglich und bevorzugt direkt bildgebend ist.
Diese Aufgabe ist gelöst durch ein Verfahren mit den in Anspruch 1 angegeben Schritten. Mindestens eine Verpackung, die jeweils eine Einstrahloberfläche aufweist, wird bereitgestellt. Mindestens ein erster Messschritt wird durchgeführt, wobei jeweils Primär-Strahlung auf die Einstrahloberfläche der mindestens einen Verpackung eingestrahlt wird und ein erstes Interferenzmuster, das auf die Primär-Strahlung zurückgeht, de- tektiert wird. Anschließend wird zumindest temporär ein zumindest auf einen Teilbereich der mindestens einen Verpackung wirkender Umgebungsdruck geändert. Während der Umgebungsdruck geändert ist, wird mindestens ein zweiter Messschritt durchgeführt, wobei jeweils Primär- Strahlung auf die Einstrahloberfläche der mindestens einen Verpackung eingestrahlt wird und ein zweites Interferenzmuster, das auf die Primär- Strahlung zurückgeht, detektiert wird. Das mindestens eine erste Interferenzmuster wird mit dem mindestens einen zweiten Interferenzmuster abgeglichen zur Bestimmung einer Dichtheit der mindestens einen Verpackung. Hierdurch ist eine effiziente Prüfung gewährleistet. Wasserbäder oder Testgase sind nicht erforderlich. Die Dichtheitsprüfung erfolgt vorteilhafterweise zerstörungsfrei. Die überprüften und für in Ordnung befundenen Verpackungen können weiter verwendet werden. Das Verfahren kann insbesondere auf alle Verpackungen einer Produktionscharge und/oder eines Lagerbestands angewandt werden. Das Verfahren ist nicht auf die Prüfung einzelner Stichproben eingeschränkt. Die Dichtheitsprüfung kann insbesondere an Verpackungen mit bereits darin enthaltener Ware durchgeführt werden. Die Dichtheitsprüfung kann auch an mindestens einer Verpackung durchgeführt werden, bevor eine Ware darin verpackt wird.
Ein weiterer Vorteil besteht in der geringen Verfahrensdauer. Komplizierte Vorbereitungen und/oder Bearbeitungen der zu überprüfenden mindestens einen Verpackung sind nicht erforderlich. Insbesondere muss kein Ausgasen von Testgasen abgewartet und detektiert werden. Das Verfahren ermöglicht Prüfzeiten von wenigen Sekunden, insbesondere von unter einer Sekunde. Die Verfahrenszeiten hängen insbesondere von einem Maß der Undichtigkeit, der Steifigkeit der mindestens einen Verpackung und der Druckänderung, insbesondere der Höhe des angelegten Druckunterschieds, ab. Durch Erhöhung des Druckunterschiedes kann beispielsweise bei gegebener Steifigkeit der mindestens einen Verpackung und/oder gegebenem Maß an Undichtigkeit schneller eine messbare Verformung der mindestens einen Verpackung erzeugt werden. Bei geringerer Steifigkeit der mindesten einen Verpackung kann bei gleichem Druckunterschied und/oder Maß der Undichtigkeit schneller eine messbare Verformung erzeugt werden. Die Verfahrensparameter, insbesondere die Druckänderung, können vorzugsweise an eine zu erzielende Verfahrensdauer angepasst werden.
Bevorzugt wird die Dichtheitsprüfung an mindestens einer Verpackung durchgeführt, in der schon eine Ware bzw. ein Produkt verpackt ist. Die mindestens eine Verpackung kann insbesondere mindesten ein darin verpacktes Objekt, insbesondere ein massives Objekt, enthalten. Beispiele für derartige Objekte sind insbesondere Medikamente, beispielsweise Tabletten, medizinische Artikel, beispielsweise Einmalspritzen, Lebensmittel und/oder Elektronikbauteile. In jeder zu überprüfenden Verpackung kann mindestens ein Objekt verpackt sein. In jeder Verpackung können insbesondere auch mehrere Objekte verpackt sein. In der Verpackung kann sich auch ein Medium, insbesondere eine Flüssigkeit befinden. Beispielsweise kann die Verpackung eine Medikamentenflasche mit einem darin abgefüllten Medikament sein.
Unter einer Verpackung wird hier und im Folgenden insbesondere ein Packmittel verstanden, die in einem zu überprüfenden Sollzustand ein dichtes, insbesondere luftdichtes, Verpacken einer Ware ermöglicht. Derartige Verpackungen sind beispielsweise Folienverpackungen, Blisterverpackungen, Sichtverpackungen, Leichtbehältnisse, insbesondere Leichtbehältnisse aus Aluminium oder Glas, Gefäße, insbesondere Druckgefäße. Die mindes- tens eine Verpackung kann insbesondere Kunststoffe, Aluminium, Keramiken und/oder Glas, insbesondere Medizinglas, enthalten. Die mindestens eine Verpackung kann zu jedem Einsatzzweck gedacht sein. Es kann sich insbesondere um eine Transportverpackung, Verkaufsverpackung, Frischhalteverpackung und/oder Bulkverpackung handeln.
Unter einer Undichtigkeit einer Verpackung wird hier und im Folgenden insbesondere verstanden, dass die Verpackung mikro- und/oder makroskopische Strukturen wie beispielsweise Risse aufweist, über die ein Medien- Austausch mit der Umgebung erfolgen kann. Derartige Strukturen, insbesondere Risse, können beispielsweise auf Beschädigungen beim Transport, Materialfehler und/oder auf fehlerhafte Herstellungsprozesse zurückgehen. Derartige Undichtigkeiten können zu einer Kontamination der verpackten Ware führen.
Das Verfahren kann an einer einzelnen Verpackung oder an mehreren Verpackungen durchgeführt werden. Besonders effizient ist es, das Verfahren gleichzeitig an mehreren Verpackungen durchzuführen. Beispielsweise kann das Verfahren an mindestens zwei, insbesondere mindestens drei, insbesondere an mindestens 5, insbesondere an mindestens 10, insbesondere mindestens 20, insbesondere mindestens 50, insbesondere mindestens 100, insbesondere mindestens 200, Verpackungen gleichzeitig durchgeführt werden. Insbesondere im Fall kleiner Verpackungen, beispielsweise von Blisterverpackungen, können auch mehrere hundert, insbesondere mindestens 500, insbesondere mindestens 1000, Verpackungen gleichzeitig überprüft werden. Die Anzahl parallel überprüfbarer Verpackungen kann beispielsweise von einem Lichtkegel der Primär- Strahlung, einem Lichtkegel der Sekundär-Strahlung, den ein zur Detektion der Interferenzmuster eingesetzter Empfänger abgedeckt, und/oder einer Auflösung des Empfängers abhängig sein. Die parallel zu prüfenden Verpackungen können gleich oder unterschiedlich sein. Insbesondere können sich die Verpackungen in Form, Größe und/oder darin verpackter Ware unterscheiden.
Die Primär- Strahlung ist insbesondere elektromagnetische Strahlung, insbesondere Laserstrahlung, bevorzugt monochromatische Laserstrahlung. Besonders bevorzugt ist die Primär- Strahlung aufgeweitete Strahlung, insbesondere aufgeweitete Laserstrahlung. Hierdurch können insbesondere größere Flächenbereiche der mindestens einen Verpackung, insbesondere deren Einstrahloberfläche, mit der Primär- Strahlung abgedeckt werden. Die Primär- Strahlung kann auf einen Teil der Einstrahloberfläche, bevorzugt auf die gesamte Einstrahloberfläche eingestrahlt werden. Besonders bevorzugt wird die Primär- Strahlung mittels einer Laserdiode erzeugt. Besonders bevorzugt ist die Primär- Strahlung monochromatische Laserstrahlung. Als besonders geeignet hat sich Laserstrahlung mit Wellenlängen im sichtbaren Bereich und/oder Infrarotbereich, erwiesen. Besonders geeignet sind insbesondere Wellenlängen zwischen 380 nm und 750 nm, insbesondere zwischen 650 nm und 670 nm und/oder zwischen 520 nm und 540 nm. Beispielhafte Wellenlängen liegen bei 658 nm und 532 nm. Diese bieten sich aufgrund ihrer industriellen Verbreitung besonders an.
Die eingestrahlte Primär- Strahlung bewirkt insbesondere eine von der Einstrahloberfläche ausgehende Sekundär-Strahlung. Die Sekundär- Strahlung geht auf die Primär- Strahlung zurück. Die Sekundär-Strahlung ist insbesondere von der Einstrahloberfläche und/oder von einer in der Verpackung verpackten Ware, insbesondere einem darin verpackten Objekt, reflektierte Primär- Strahlung . Für die Durchführung der Dichtheitsprüfung ist es nicht erforderlich, die gesamte Einstrahloberfläche, insbesondere die gesamte Oberfläche der mindestens einen Verpackung, zu vermessen. Die Dichtheit stellt eine Volumengröße dar. Es ist daher die Vermessung an einem Teilbereich der Verpackung, insbesondere der Einstrahloberfläche, ausreichend. Beispielsweise kann die Primär- Strahlung nur auf einen Teilbereich der Einstrahloberfläche eingestrahlt werden. Die Dichtheitsprüfung kann unabhängig von Form und/oder Größe der mindestens einen Verpackung durchgeführt werden. Das Verfahren ist effizient und flexibel einsetzbar.
Das in den jeweiligen Messschritten detektierte Interferenzmuster geht auf die Primär- Strahlung zurück. Beispielsweise kann die Primär- Strahlung im Bereich der Einstrahlfläche, insbesondere auf der Einstrahlfläche und/oder einer Oberfläche eines verpackten Objekts, interferieren. Insbesondere kann das Interferenzmuster ein auf die eingestrahlte Primär- Strahlung zurückgehendes Specklemuster aufweisen, insbesondere sein. Das Specklemuster kann durch Interferenz der Primär- Strahlung, insbesondere von unterschiedlichen Sendern ausgehender Primär- Strahlung, insbesondere auf der Einstrahloberfläche der Verpackung und/oder auf einer Oberfläche einer in der Verpackung verpackten Ware, insbesondere eines darin verpackten Objekts, entstehen. Die von der Einstrahloberfläche ausgehende Sekun- där-Strahlung kann Informationen über das Interferenzmuster tragen. Zusätzlich oder alternativ kann das Interferenzmuster auch aus der Sekundär- Strahlung erzeugt werden.
Zur Detektion des Interferenzmusters bzw. der Sekundär-Strahlung kann insbesondere ein CCD-Chip verwendet werden. Beispielsweise können alle von einem CCD-Chip erfassbaren Wellenlängen verwendet werden. Die Detektion kann insbesondere im Falle eines zu detektierenden Specklemusters beispielsweise über eine Kamera, insbesondere über deren Bildsensor, erfolgen.
Das erste und das zweite Interferenzmuster werden in den jeweiligen Messschritten detektiert. Bevorzugt werden das erste Interferenzmuster und das zweite Interferenzmuster ortsaufgelöst detektiert. Hierdurch ist eine ortsaufgelöste Dichtheitsprüfung möglich. Dies ist besonders vorteilhaft bei der gleichzeitigen parallelen Dichtheitsprüfung mehrerer Verpackungen. Die ortsaufgelösten Prüfergebnisse erlauben auf besonders einfache Weise Rückschlüsse auf die jeweilige Verpackung. Die Prüfergebnisse können einzelnen Verpackungen insbesondere zugeordnet werden. Ergibt die Überprüfung, dass einzelne Verpackungen undicht sind, können diese gezielt aussortiert werden. Ein Aussortieren oder Nachprüfen der gesamten überprüften Charge ist nicht erforderlich. Das Verfahren ist präzise. Das Verfahren erlaubt eine kostengünstige und effiziente Dichtheitsprüfung.
Zur Überprüfung der Dichtheit der mindestens einen Verpackung wird das mindestens eine erste Interferenzmuster mit dem mindestens einen zweiten Interferenzmuster abgeglichen. Insbesondere werden die Interferenzmuster überlagert. Insbesondere kann ein Phasenunterschied der Interferenzmuster durch Differenzbildung bestimmt werden. Bevorzugt erfolgt der Abgleich, insbesondere die Überlagerung, der Interferenzmuster ortsaufgelöst. Die Auswertung kann besonders bevorzugt anhand eines ortsaufgelösten Phasenunterschieds erfolgen. Hierdurch ist insbesondere bei der parallelen Überprüfung mehrerer Verpackungen eine eindeutige und präzise Zuorden- barkeit der Überprüfungsergebnisse zu den einzelnen Verpackungen möglich. Das Verfahren ist effizient und wirtschaftlich. Bevorzugt erfolgt der Abgleich der Interferenzmuster anhand eines Abgleichs entsprechender Phasenbilder. Beispielsweise werden ein erstes Phasenbild aus dem mindestens einen ersten Interferenzmuster und ein zweites Phasenbild aus dem mindestens einen zweiten Interferenzmuster bestimmt. Das erste Phasenbild und das zweite Phasenbild können anschließend abgeglichen werden, insbesondere indem ein Phasenunterschied bestimmt wird.
Zwischen den mindestens einen ersten Messschritt und dem mindestens einen zweiten Messschritt wird ein Umgebungsdruck, der zumindest auf einen Teilbereich der mindestens einen Verpackung wirkt, geändert. Der Umgebungsdruck wird insbesondere über zumindest einen Teilbereich der mindestens einen Verpackung geändert. Die bereichsweise Änderung des Umgebungsdrucks ist ausreichend, um die Dichtheit der mindestens einen Verpackung zuverlässig zu bestimmen. Bevorzugt wird der Umgebungsdruck über die gesamte mindestens eine Verpackung geändert.
Aufgrund der zumindest temporären Änderung des Umgebungsdrucks werden der mindestens eine erste Messschritt und der mindestens eine zweite Messschritt bei unterschiedlichen Umgebungsdrücken durchgeführt. Die Druckänderung zwischen dem mindestens einen ersten Messschritt und dem mindestens einen zweiten Messschritt führt zu einer Verformung der mindestens einen Verpackung und/oder des mindestens einen darin verpackten Objekts. Abhängig von der Dichtheit der Verpackung kann diese Verformung unterschiedlich ausfallen. Anhand des Abgleichs des mindestens einen ersten Interferenzmusters mit dem mindestens einen zweiten Interferenzmuster kann auf die jeweiligen Verformungen und damit auf die Dichtheit der Verpackungen geschlossen werden. Beispielsweise führt die Änderung des Umgebungsdrucks bei dichten Verpackungen zu einer Verformung der Verpackung. Hingegen können Undichtigkeiten in einer Verpackung zu einem Medienaustausch mit der Umgebung und daher auch zu einer Anpassung von Innendruck der Verpackung zu einem Umgebungsdruck führen. Bei undichten Verpackungen erfolgt über die Undichtigkeiten ein Druckausgleich, sodass die undichten Verpackungen wesentlich geringer verformt werden. Der geänderte Umgebungsdruck wirkt bei undichten Verpackungen aufgrund des Druckausgleichs auch auf das verpackte Objekt und kann dort zu Verformungen führen. Bei dichten Verpackungen wirkt der geänderte Umgebungsdruck nicht direkt auf das verpackte Objekt und führt dort zu weniger starken Verformungen.
Mithilfe des Abgleichs des mindestens einen ersten Interferenzmusters mit dem mindestens einen zweiten Interferenzmuster können insbesondere die Verformungen der mindestens einen Verpackung und/oder eines darin verpackten Objekts bestimmt werden. Die Auswertung kann beispielsweise durch die grafische Darstellung einer Überlagerung des ersten Interferenzmusters mit dem zweiten Interferenzmuster, insbesondere einer ortsaufgelösten Überlagerung des ersten Interferenzmusters mit dem zweiten Interferenzmuster, erfolgen. Abhängig von den dargestellten Phasenunterschieden kann auf eine Dichtheit bzw. Undichtheit der jeweiligen Verpackung geschlossen werden. Zusätzlich oder alternativ können die Verformungen der mindestens einen Verpackung und/oder eines darin verpackten Objekts auch quantitativ bestimmt werden. Dies ist insbesondere möglich mit shearografischen Auswertemethoden. Die quantitative Bestimmung der Verformung erlaubt auch einen Rückschluss auf die Größe der jeweiligen Undichtigkeiten. Für den Abgleich der Interferenzmuster ist beispielsweise möglich, eine Differenz aus dem mindestens einen ersten Interferenzmuster und dem mindestens einen zweiten Interferenzmuster oder deren Phasenbilder zu bilden. Die Differenz fällt bei geringer Verformung der Verpackung und/oder des verpackten Objekts kleiner aus als bei größerer Verformung. Durch die Differenz kann die Verformung und damit die Dichtheit einfach überprüft und quantifiziert werden.
Der Abgleich der Interferenzmuster, insbesondere deren Differenz und/oder deren Phasendifferenz, kann bevorzugt graphisch ausgewertet werden. Beispielsweise kann eine Auftragung in Graustufen erfolgen, sodass unterschiedliche Helligkeiten eine unterschiedliche Verformung der Verpackung und/oder des darin verpackten Objekts darstellen. Die Auswertung kann dann durch einen Benutzer oder automatisiert erfolgen. Beispielsweise kann die Auswertung durch einen Algorithmus erfolgen, der anhand einer Schwell Wertfunktion die Helligkeiten beurteilt, um zwischen dichten und undichten Verpackungen zu unterscheiden.
Bevorzugt ist die Änderung des Umgebungsdrucks an die zu vermessenden Verpackungen und/oder an darin verpackte Waren, insbesondere Objekte, angepasst. Insbesondere wird die Druckänderung derart gewählt, dass eine detektierbare Verformung der mindestens einen Verpackung und/oder der darin verpackten Waren, insbesondere des darin verpackten Objekts, erfolgt. Besonders bevorzugt wird die Druckänderung derart gewählt, dass die Druckänderung möglichst klein ist, aber noch eine detektierbare Verformung der mindestens einen Verpackung und/oder der darin verpackten Waren, insbesondere des darin verpackten Objekts, erzeugt. Kleine Druckänderungen haben insbesondere den Vorteil einer besonders einfachen und schnellen Durchführbarkeit der Dichtheitsprüfung. Insbesondere ist bei kleinen Druckänderungen eine schnelle Anpassung des Innendrucks und des Umgebungsdrucks über potentielle Undichtigkeiten der mindestens einen Verpackung möglich.
Zur Änderung des Umgebungsdrucks kann die mindestens eine Verpackung in einer Druckkammer angeordnet sein. In der Druckkammer kann beispielsweise ein Druck eines Innenraums mithilfe geeigneter Druckbe- einflussungseinheiten veränderbar sein. Beispielsweise kann in der Druckkammer über eine Pumpe ein Unter- oder Überdruck erzeugbar sein. Die Druckbeeinflussungseinheit kann beispielsweise eine Vakuumpumpe sein. Es ist auch möglich, den Umgebungsdruck über eine Druckhaube, insbesondere eine berührungslos arbeitende Druckhaube, zu ändern.
Bevorzugt wird der mindestens eine erste Messschritt bei Atmosphärendruck durchgeführt. Unter Atmosphärendruck bzw. atmosphärischen Druck wird insbesondere der unter Normalbedingungen am Ort der Dichtheitsprüfung herrschende Luftdruck verstanden. Eine Veränderung des Umgebungsdrucks für den ersten Messschritt ist dann nicht erforderlich. Dies ist beispielsweise dann vorteilhaft, wenn die mindestens eine Verpackung in eine Druckkammer eingelegt wird und hierbei ein Druckaustausch mit der Umgebung stattfindet. Die Durchführung des mindestens einen ersten Messschritts bei Atmosphärendruck ist auch insbesondere dann sinnvoll, wenn die Druckänderung mit einer Druckhaube erfolgt. Zur Durchführung des mindestens einen zweiten Messschritts kann der Umgebungsdruck dann ausgehend vom Atmosphärendruck geändert werden. Hierdurch ist eine Durchführung des Verfahrens mit einem möglichst geringen Rüstaufwand und mit möglichst geringen Druckänderungen möglich. Das Verfahren ist effizient und wirtschaftlich. Zur Bestimmung der Dichtheit einer Verpackung ist die einmalige Durchführung des ersten und des zweiten Messschritts ausreichend. Der erste Messschritt und der zweite Messschritt können jedoch jeweils auch mehrmals durchgeführt werden.
Ein Verfahren nach Anspruch 2 ist besonders präzise und flexibel einsetzbar. Die Erzeugung des Interferenzmusters aus der Sekundär- Strahlung ermöglicht eine Vermessung weitestgehend unabhängig von der Oberflächenbeschaffenheit der Einstrahloberfläche und/oder der Oberfläche des verpackten Objekts.
Zur Erzeugung des Interferenzmusters aus der Sekundär-Strahlung kann die Sekundär-Strahlung beispielsweise durch ein Interferometer, insbesondere ein Michelson-Interferometer geführt werden. Es ist auch möglich, das Interferenzmuster aus der Sekundär-Strahlung und der Primär- Strahlung zu erzeugen, beispielsweise indem Sekundär-Strahlung und Primär- Strahlung durch ein Interferometer, insbesondere ein Michelson-Interferometer, geführt werden. Bevorzugt erfolgt die Erzeugung der Interferenzmuster aus der Sekundär-Strahlung und/oder der Primärstrahlung, insbesondere aus der Sekundär-Strahlung, mittels eines Shear-Elements. Zur Erstellung des Interferenzmusters kann insbesondere ein Shearografiesystem verwendet werden. Als besonders geeignet hierfür hat sich ein modifiziertes Michelson-Interferometer mit mindestens einem um einen Kippwinkel gegenüber einer optischen Achse verkippbaren Spiegel erwiesen. Ein verkippbarer Spiegel eines Interferometers stellt ein besonders geeignetes Shear-Element dar. Mithilfe des verkippbaren Spiegels kann ein Shear-Winkel präzise und genau eingestellt werden. Hierdurch kann das zu erzeugende Interferenzmuster präzise und genau an die zu prüfenden Verpackungen angepasst werden. Ein Verfahren nach Anspruch 3 ist einfach und effizient. Das Specklemuster kann durch Interferenz der Primär- Strahlung, insbesondere von unterschiedlichen Sendern ausgehender Primär- Strahlung, im Bereich der Einstrahloberfläche entstehen. Insbesondere kann das Specklemuster durch Interferenz der Primärstrahlung auf der Einstrahloberfläche der Verpackung und/oder auf einer Oberfläche einer in der Verpackung verpackten Ware, insbesondere eines darin verpackten Objekts, entstehen. Die Vermessung von auf die Primär- Strahlung zurückgehenden Specklemustem ist insbesondere mit verringertem Rüstaufwand möglich, insbesondere kann auf teure Interferometer und/oder Shear- Elemente verzichtet werden.
Ein weiterer Vorteil der Detektion von Specklemustem besteht in der Robustheit der Messung und deren Auswertung gegenüber äußeren Störungen. Beispielsweise kann die Erzeugung eines Interferenzmusters aus der Sekundär-Strahlung, insbesondere mit shearografischen Methoden, sehr empfindlich gegenüber kleinsten Oberflächenverformungen sein. Ab einer gewissen Verformung kann es zu Dekorrelationseffekten kommen, die eine aussagekräftige Messung erschweren. Dies ist insbesondere kritisch bei flexiblen Verpackungen und/oder flexiblen verpackten Objekten. Die Vermessung von Specklemustem ist diesbezüglich weniger störanfällig. Entsprechendes gilt in Bezug auf Umgebungseinflüsse, insbesondere Vibrationen, die im Produktionsumfeld häufig vorkommen. Die Vermessung von Specklemustem ist daher besonders gut für in-line Messungen in einer bestehenden Fertigungslinie geeignet.
Ein Verfahren nach Anspmch 4 liefert besonders genaue und zuverlässige Ergebnisse. Durch die mehrmalige Durchführung des ersten und/oder zweiten Messschritts kann insbesondere die Messgenauigkeit erhöht werden, bevorzugt zur quantitativen Bestimmung von Verformungen. Bevorzugt werden der erste Messschritt und der zweite Messschritt jeweils mehrmals durchgeführt. Beispielsweise können unterschiedliche Messschritte mit unterschiedlichen zur Erzeugung der Interferenzmuster verwendeten Phasenunterschieden erfolgen. Als besonders geeignet hat sich ein Phasenunterschied von TI/2 erwiesen. Besonders geeignet ist die viermalige Durchführung des ersten und des zweiten Messschritts mit jeweils einer Phasendifferenz von TI/2.
Zur mehrfachen Durchführung des ersten und/oder zweiten Messschritts kann beispielsweise ein variabel einstellbares Interfereometer, insbesondere ein variabel einstellbares Shear-Element, verwendet werden. Beispielsweise kann eine Phasendifferenz durch eine Veränderung des optischen Wegs in einem Interferometer erzeugt werden. Beispielsweise kann ein Spiegel eines Michelson-Interferometers, insbesondere ein Kippspiegel in einem modifizierten Michelson- Interferometer, zur Veränderung der Phasendifferenz axial verfahrbar, insbesondere entlang der optischen Achse eines Interferometers verfahrbar, sein.
Bei der mehrfachen Durchführung des ersten und/oder zweiten Messschritts können jeweils ein erstes bzw. ein zweites Interferenzmuster erzeugt und detektiert werden. Die ersten und zweiten Interferenzmuster können einzeln miteinander abgeglichen, insbesondere überlagert werden. Es ist jedoch auch möglich, aus den Interferenzmustem der jeweiligen Durchläufe des ersten und zweiten Messschritts zunächst ein einziges erstes Interferenzmuster, insbesondere ein ersten Phasenbild, und ein einziges zweites Interferenzmuster, insbesondere ein zweites Phasenbild, zu bestimmen, die dann abgeglichen werden. Ein Verfahren nach Anspruch 5 ermöglicht eine besonders einfache und präzise Auswertung. Der Abgleich der Phasenbilder kann insbesondere durch Bildung einer Gesamtphasendifferenz erfolgen. Bevorzug erfolgt die Bestimmung und der Abgleich der Phasenbilder ortsaufgelöst. Der Abgleich der Phasenbilder ermöglicht eine aussagekräftige und eindeutige Zuordnung der Messergebnisse zu den zu prüfenden Dichtheitseigenschaften. Der Abgleich der Phasenbilder ermöglicht einfach auswertbare, insbesondere graphisch auswertbare, Prüfergebnisse.
Besonders bevorzugt werden der erste Messschritt und der zweite Messschritt jeweils mehrmals, insbesondere mindestens dreimal, insbesondere mindestens viermal, bevorzug dreimal oder viermal, durchgeführt. Bei jeder Durchführung der Messschritte werden jeweilige Interferenzmuster erhalten. Auf Basis mehrere erster und zweiter Interferenzmuster können auf einfache und genaue Weise ein erstes und ein zweites Phasenbild erzeugt werden. Beispielsweise werden der erste und der zweite Messschritt jeweils mehrmals durchgeführt und anschließend auf Basis des ersten und zweiten Interferenzmusters ein erstes beziehungsweise zweites Phasenbild erzeugt, die dann zur Bestimmung der Dichtheit miteinander abgeglichen werden.
Ein Verfahren gemäß Anspruch 6 ist besonders effizient und wirtschaftlich. Die geringe Druckänderung ermöglicht besonders kurze Verfahrenszeiten, insbesondere Verfahrenszeiten von unter 5 s, insbesondere unter 2 s. Ein geringer Druckunterschied führt insbesondere zu geringen Wartezeiten, bis ein Druckaustausch durch möglicherweise undichte Verpackungen erfolgt ist. Ein weiterer Vorteil geringer Druckunterschiede liegt darin, dass dauerhafte Verformungen und/oder Beschädigungen der mindestens einen Ver- packung vermieden sind. Nach Durchführung der Prüfung können die Verpackungen weiter verwendet werden. Ein unnötiger Ausschuss wird vermieden.
Bevorzugt wird der Umgebungsdruck zwischen den Messschritten insbesondere um mindestens 0, 1 mbar, insbesondere um mindestens 0,25 mbar, insbesondere um mindestens 0,5 mbar, insbesondere um mindestens 1 mbar geändert.
Besonders bevorzugt wird die Änderung des Umgebungsdrucks an die Verpackung und/oder das darin verpackte Objekt angepasst. Für flexible Verpackungen, insbesondere Folien und/oder Blisterverpackungen, hat sich eine Druckänderung im Bereich von 0, 1 mbar bis 2 mbar als besonders geeignet erwiesen. Für Verpackungen aus Glas oder Metall, beispielsweise Medikamentenflaschen, hat sich eine Änderung des Umgebungsdrucks zwischen 5 mbar und 20 mbar, beispielsweise um etwa 10 mbar, als besonders geeignet erwiesen. Sollen Verformungen an verpackten Objekten, insbesondere an verpackten massiven Objekten, detektiert werden, können beispielsweise Druckdifferenzen von 50 mbar bis 200 mbar, insbesondere von 100 mbar bis 150 mbar, eingesetzt werden.
Ein Verfahren nach Anspruch 7 ermöglicht eine besonders effiziente und massentaugliche Dichtheitsprüfung. Die Verwendung einer Druckhaube ermöglicht eine flexible Anwendung des Verfahrens. Eine Anordnung der mindestens einen Verpackung in einer Druckkammer ist nicht erforderlich. Die Druckhaube kann beispielsweise in bestehende Anlagen, insbesondere in Produktionsanlagen, integriert werden. Besonders bevorzugt kann die Druckhaube, insbesondere eine berührungslos arbeitende Druckhaube, im Bereich einer Förderanlage für die mindestens eine Verpackung eingesetzt werden.
Ein Verfahren nach Anspruch 8 ermöglicht eine präzise und effiziente Dichtheitsprüfung. Für die Primär- Strahlung undurchlässige Bereiche der Einstrahloberfläche reflektieren zumindest einen Teil der Primär- Strahlung. Die Sekundär- Strahlung geht daher zumindest teilweise auf die an der Einstrahloberfläche reflektierte Primär- Strahlung zurück. Hierdurch kann eine Verformung der Verpackung aufgrund der Änderung des Umgebungsdrucks präzise bestimmt werden. Als besonders geeignet haben sich matte Oberflächenbereiche erwiesen.
Die Einstrahloberfläche kann insbesondere vollständig für die Primär- Strahlung undurchlässig, insbesondere opak, sein. Dies ermöglicht eine Überprüfung anhand der gesamten Einstrahloberfläche. Für die Durchführung der Dichtheitsprüfung anhand von an der Einstrahloberfläche reflektierter Primär- Strahlung ist es jedoch auch ausreichend, wenn nur ein kleiner Bereich der Einstrahloberfläche für die Primär- Strahlung undurchlässig ist. Undurchlässige, insbesondere opake, Bereiche können beispielsweise Aufkleber oder Aufdrucke auf der Verpackung, insbesondere auf einer ansonsten transparenten Verpackung sein. Beispielsweise können dies auf die Verpackung aufgedruckte oder aufgeklebte Barcodes und/oder anderweitige Aufdrucke sein.
Ein Verfahren nach Anspruch 9 ermöglicht eine besonders flexible Anwendung der Dichtheitsprüfung. Das Verfahren ist nicht auf zumindest bereichsweise für die Primär- Strahlung undurchlässige Verpackungen beschränkt. Das Verfahren kann insbesondere für vollständig transparente Verpackungen durchgeführt werden. Beispielsweise kann die gesamte Ein- strahloberfläche, insbesondere die gesamte Verpackung für die Primär- Strahlung transparent sein. In einem derartigen Fall kann die Primär- Strahlung durch die Einstrahloberfläche auf die in der Verpackung verpackte Ware, insbesondere das verpackte Objekt, fallen und daran reflektiert werden. Die Sekundär- Strahlung resultiert daher zumindest teilweise aus der Reflexion der Primär- Strahlung an der verpackten Ware, insbesondere dem verpackten Objekt.
Ein Verfahren nach Anspruch 10 ist besonders präzise und zuverlässig. Aufgrund der Beabstandung zwischen der Einstrahloberfläche und dem in der mindestens einen Verpackung verpackten mindestens einen Objekt ist eine gegenseitige Beeinflussung von verpacktem Objekt und Verpackung zumindest vermindert. Eine Verformung der Verpackung aufgrund des Druckunterschieds wirkt sich nicht auf das Objekt aus und umgekehrt. Dies ist besonders vorteilhaft für die Dichtheitsprüfung an transparenten Verpackungen.
Ein Verfahren nach Anspruch 11 ist besonders genau. Die erhöhte Steifigkeit der mindestens einen Verpackung zumindest im Bereich der Einstrahloberfläche ist besonders vorteilhaft bei der Dichtheitsprüfung von für die Primär- Strahlung transparenten Verpackungen. Die erhöhte Steifigkeit der Einstrahloberfläche führt bei Änderung des Umgebungsdrucks zu geringen Verformungen der Einstrahloberfläche. Hierdurch sind Messungenauigkeiten, insbesondere Messartefakte, aufgrund der Verformung der Einstrahloberfläche vermindert, insbesondere vermieden. Verformungen des mindestens einen verpackten Objekts können präzise bestimmt werden, um auf die Dichtheit der Verpackungen rückzuschließen. Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung eine Vorrichtung zur Dichtheitsprüfung mindestens einer Verpackung zu verbessern.
Diese Aufgabe ist gelöst durch eine Vorrichtung mit den in Anspruch 12 angegebenen Merkmalen. Die Vorrichtung weist mindestens einen Sender zur Abstrahlung von Primär- Strahlung, mindestens einen Empfänger zur Erzeugung und Detektion eines Interferenzmusters, mindestens eine Druckbeeinflussungseinheit zur Änderung eines Umgebungsdrucks und eine Auswerteeinheit auf. Die Auswerteeinheit ist zur Durchführung des vorgehend beschriebenen Verfahrens ausgelegt. Die Vorrichtung weist die in Bezug auf das Verfahren beschriebenen Merkmale und Vorteile auf.
Der mindestens eine Sender kann insbesondere eine Laserdiode sein. Der mindestens eine Sender kann insbesondere zur Abstrahlung aufgeweiteter Primär- Strahlung, insbesondere aufgeweiteter Laserstrahlung, ausgelegt sein. Beispielsweise kann der mindestens eine Sender eine Linse zur Aufweitung der Strahlung, insbesondere der Laserstrahlung, aufweisen. Zur Einstrahlung der Primär- Strahlung reicht ein Sender aus. Bevorzugt sind zwei oder mehr Sender vorhanden. Hierdurch ist eine gleichmäßigere Ausleuchtung der Einstrahloberfläche der mindestens einen Verpackung gewährleistet. Zudem ist kann die Verwendung mehrerer Sender die Bildung eines Interferenzmusters, insbesondere eines Specklemusters, begünstigen.
Der mindestens eine Empfänger dient Detektion eines Interferenzmusters. Der mindestens eine Empfänger kann beispielsweise eine Kamera aufweisen. Zur Detektion des Interferenzmusters kann der mindestens eine Empfänger einen Detektor, insbesondere einen CCD-Chip, aufweisen. Der Detektor kann insbesondere ein Bildsensor einer Kamera sein. Der mindestens eine Empfänger kann zudem zur Erzeugung des Interferenzmusters aus der Sekundär Strahlung dienen. Der mindestens eine Empfänger kann hierzu ein Interferometer aufweisen. Als besonders geeignet hat sich ein Michelson-Interferometer erwiesen. Bevorzugt weist der mindestens eine Empfänger ein Shear-Element auf, besonders bevorzugt ein für die Shearografie modifiziertes Michelson-Interferometer, auf. Besonders bevorzugt weist der mindestens eine Empfänger ein Shearografiesys- tem auf.
Die mindestens eine Druckbeeinflussungseinheit kann insbesondere eine Vakuumpumpe aufweisen. Alternativ oder zusätzlich hierzu kann die mindestens eine Druckbeeinflussungseinheit eine Druckhaube aufweisen.
Die Auswerteeinheit dient insbesondere zur Ansteuerung des mindestens einen Senders, des mindestens einen Empfängers und/oder der mindestens einen Druckbeeinflussungseinheit. Die Auswerteeinheit kann beispielsweise mithilfe des mindestens einen Empfängers detektierte Interferenzmuster auslesen und verarbeiten. Die Auswerteeinheit kann insbesondere in datenübertragender Weise mit dem mindestens einen Sender und/oder den mindestens einen Empfänger und/oder der mindestens einen Druckbeeinflussungseinheit verbunden sein. Die Auswerteeinheit kann auch direkt in dem mindestens einen Empfänger und/oder dem mindestens einen Sender und/oder der mindestens einen Druckbeeinflussungseinheit integriert sein. Die Auswerteeinheit kann insbesondere einen Prozessor, einen Datenspeicher und einen Programmspeicher umfassen. Auf dem Programmspeicher kann ein Computerprogramm zur Ausführung des Verfahrens gespeichert sein. Wird das Computerprogramm mithilfe des Prozessors ausgeführt, kann dies die Durchführung des Verfahrens, insbesondere die Ansteuerung der weiteren Komponenten und/oder die Auswertung von mithilfe des Empfängers detektierter Daten bewirken. Eine Vorrichtung nach Anspruch 13 ist besonders effizient und flexibel einsetzbar. Mithilfe der Druckhaube kann flexibel ein Umgebungsdruck geändert werden. Die Druckhaube kann an unterschiedlichen Orten eingesetzt werden. Ein zeitaufwendiges Einbringen von zu vermessenden Verpackungen in eine Druckkammer ist nicht nötig. Besonders bevorzugt arbeitet die Druckhaube berührungslos. Die Vorrichtung kann insbesondere in bestehende Produktions-, Lager- und/oder Förderanlagen für Verpackungen und/oder zu verpackende Objekte integriert werden.
Eine Vorrichtung nach Anspruch 14 ermöglicht eine besonders zuverlässige und wirtschaftliche Dichtheitsprüfung. Mithilfe des mindestens einen Shear-Elements lassen sich besonders geeignete Interferenzmuster erzeugen. Insbesondere ist eine ortsaufgelöste Detektion von Verformungen möglich. Insbesondere bei der parallelen Dichtheitsprüfung mehrerer Verpackungen kann eine genaue Zuordnung der Messergebnisse zu den einzelnen Verpackungen erfolgen. Ein unnötiger Ausschuss wird vermieden.
Bevorzugt kann das Shear-Element einen verkippbaren Spiegel, insbesondere in einem modifizierten Michelson- Interferometer, aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann das Shear- Element auch ein Biprisma aufweisen.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung eine verbesserte Anordnung zur Dichtheitsprüfung anzugeben.
Diese Aufgabe ist gelöst durch eine Anordnung mit den in Anspruch 15 angegebenen Merkmalen. Die Anordnung weist mindestens eine Förderanlage zur Förderung der zu überprüfenden mindestens einen Verpackung auf. Die Anordnung weist zudem eine Vorrichtung zur Dichtheitsprüfung auf, wie sie oben beschrieben ist. Die Vorrichtung ist relativ zu der mindestens einen Förderanlage derart angeordnet, dass die mithilfe der mindestens einen Förderanlage geförderte mindestens eine Verpackung auf deren Dichtheit hin überprüfbar ist. Die Anordnung ermöglicht eine In-Line- Dichtheitsprüfung der mindestens einen Verpackung in einem Förderweg derselben. Die Anordnung ermöglicht eine Integration der Dichtheitsprüfung in Produktions-, Lager- und/oder Förderanlagen für die mindestens eine Verpackung bzw. die darin verpackten Objekte. Hierdurch ist eine wirtschaftliche und massentaugliche Dichtheitsprüfung gewährleistet. Dies erhöht insbesondere auch die Produktsicherheit der in der mindestens einen Verpackung verpackten Waren.
Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Figuren. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Dichtheitsprüfung von Verpackungen,
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Empfängers der Vorrichtung gemäß Fig. l in Form eines Shearografiesystems,
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Verfahrensablaufs zur Dichtheitsprüfung mindestens einer Verpackung,
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Verfahrens schritts des Verfahrens gemäß Fig. 3 in der Vorrichtung gemäß Fig. 1, Fig. 5a, 5b exemplarische Messergebnisse der Dichtheitsprüfung an verschiedenen Verpackungen,
Fig. 6 schematische Darstellung eines Verfahrensschritts der Dichtheitsprüfung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,
Fig. 7 eine schematische Darstellung einer Anordnung zur Dichtheitsprüfung von Verpackungen mit einer Vorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, und
Fig. 8 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur Dichtheitsprüfung von Verpackungen.
Anhand der Figuren 1 bis 4 wird ein erstes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 1 zur Dichtheitsprüfung von Verpackungen und eines hiermit durchführbaren Dichtheitsprüfverfahrens 2 beschrieben.
Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung 1 weist eine Druckkammer 3 und eine als Vakuumpumpe 4 ausgebildete Druckbeeinflussungseinheit auf. Mithilfe der Vakuumpumpe 4 kann der in einem Innenraum 5 der Druckkammer 3 herrschende Umgebungsdruck p variiert werden. Beispielsweise kann der Umgebungsdruck p in dem Innenraum 5 nach Einlegen von zu prüfenden Verpackungen dem Atmosphärendruck entsprechen. Mithilfe der Vakuumpumpe 4 kann der Umgebungsdruck p im Innenraum 5 durch Abpumpen reduziert werden. Mithilfe der Vakuumpumpe 4 ist ein Unterdrück erzeugbar. In weiteren, nicht dargestellten Ausführungsbeispielen kann auch ein Überdruck in der Druckkammer mithilfe geeigneter Druckbeeinflussungseinheiten erzeugbar sein. Im Innenraum 5 der Druckkammer 3 sind zwei zu überprüfende Verpackungen 6 mit darin verpackten Objekten 7 angeordnet. Bei den Objekten 7 handelt es sich um Einmalspritzen, beispielsweise um Insulinspritzen. Es versteht sich von selbst, dass die Vorrichtung 1 und das Dichtheitsprüfverfahren 2 für beliebige Verpackungen 6 und beliebige darin verpackte Objekte 7 durchführbar ist.
Die Vorrichtung 1 weist zwei Sender 8 zum Abstrahlen von Primär-Strah- lung 9 auf. Die Sender 8 sind als Laser dioden ausgeführt. Die Sender 8 erzeugen eine aufgeweitete Laserstrahlung. Die Primär- Strahlung 9 ist mithilfe von gestrichelten Linien, die einen Lichtkegel der Primär- Strahlung 9 symbolisieren, in Fig. 1 schematisch dargestellt. Die Primär- Strahlung 9 ist aufgeweitete Laserstrahlung. Als besonders geeignet hat sich Laserstrahlung mit Wellenlängen im sichtbaren Bereich und/oder Infrarotbereich, insbesondere im Nahinfrarotbereich, erwiesen. Besonders geeignet sind insbesondere Wellenlängen zwischen 380 nm und 750 nm, insbesondere zwischen 650 nm und 670 nm und/oder zwischen 520 nm und 540 nm. Bevorzugte Wellenlängen liegen beispielsweise bei 658 nm und 532 nm, die sich aufgrund ihrer industriellen Verbreitung besonders anbieten.
Die Vorrichtung 1 weist einen Empfänger 10 zur Detektion von Sekundär- Strahlung 11 auf. Die Sekundär- Strahlung 11 geht auf die Primär- Strahlung 9 zurück. Die Primär- Strahlung 9 wird mithilfe der Sender 8 auf Einstrahloberflächen 12 der Verpackungen 6 eingestrahlt. Von den Einstrahloberflächen 12 geht die Sekundär- Strahlung 11 aus. Die Sekundär- Strahlung 11 ist in Fig. 1 durch gepunktete Linien schematisch dargestellt. Die gepunkteten Linien stellen einen vom Empfänger 10 abgedeckten Lichtkegel schematisch dar. Der Empfänger 10 erzeugt aus der Sekundär- Strahhmg 11 ein Interferenzmuster und detektiert dieses.
Die Sender 8 und der Empfänger 10 sind in datenübertragender Weise mit einer Auswerteeinheit 19 verbunden. Die Auswerteeinheit 19 steuert die Sender 8 und den Empfänger 10 an und wertet die vom Empfänger 10 empfangenen Daten aus. Die Auswerteeinheit 19 ist zur Durchführung des Dichtheitsprüfverfahrens 2 ausgelegt.
In anderen nicht dargestellten Ausführungsbeispielen können die Sender 8 und der Empfänger 10 auch außerhalb der Druckkammer 3 angeordnet sein. In diesem Fall weist die Druckkammer 3 ein für die Primär- Strahlung 9 und die Sekundär- Strahlung 11 transparentes Sichtfenster auf. Die Einstrahlung und Detektion kann von außerhalb der Druckkammer 3 erfolgen.
In Fig. 2 ist der Empfänger 10 im Detail gezeigt. Der Empfänger 10 ist ein Shearografiesystem. Der Empfänger 10 weist einen Strahlteiler 13, einen Spiegel 14, einen Kippspiegel 15 und einen Detektor 16 auf. Bei dem Detektor 16 handelt es sich um einen CCD-Chip. Der Strahlteiler 13, der Spiegel 14, der Kippspiegel 15 sowie der Detektor 16 sind in Form eines modifizierten Michelson- Interferometers angeordnet. Der Kippspiegel 15 ist gegenüber einer optischen Achse des Michelson-Interferometers verkippt. Dies führt im dargestellten Ausführungsbeispiel dazu, dass der Kippspiegel 15 um einen Kippwinkel b gegenüber einer Ebene 17 verkippt ist. Die Ebene 17 ist parallel zu einer Detektionsoberfläche 18 des Detektors. Der Kippwinkel b ist bevorzugt variierbar. Mithilfe des Kippspiegels 15 ist ein Shear-Element zur Vershearung der Sekundär-Strahlung 11 und damit zur Erzeugung eines Interferenzmusters gebildet. In weiteren, nicht dargestellten Ausführungsbeispielen kann der Kippspiegel 15 auch mit dem Spiegel 14 vertauscht sein. Entsprechend ist der Kippspiegel dann gegenüber einer Ebene verkippt, die senkrecht auf der Detektionsoberfläche 18 des Detektors 16 steht. In wiederum anderen Ausführungsbeispielen kann das Shearografiesystem auch ein anderes Shear-Element, beispielsweise ein durch ein Biprisma realisiertes Shear-Element, aufweisen.
Zur Verdeutlichung der Funktionsweise des Empfängers 10 ist in Fig. 2 ein exemplarischer Strahlengang der Sekundär- Strahlung 11 dargestellt. Mithilfe von Pfeilen ist die jeweilige Ausbreitungsrichtung des exemplarischen Lichtstrahls gezeigt. Die Sekundär- Strahlung 11 tritt in den Empfänger 10 ein und trifft auf den Strahlteiler 13. Am Strahlteiler 13 wird ein Teil der Sekundär-Strahlung 11 zu dem Spiegel 14 durchgelassen, und von diesem reflektiert. Die vom Spiegel 14 reflektierte Strahlung wird am Strahlteiler 13 in Richtung der Detektionsoberfläche 18 des Detektors 16 gespiegelt. Ein weiterer Teil der in den Empfänger 10 fallenden Sekundär-Strahlung 11 wird mithilfe des Strahlteilers 13 in Richtung des Kippspiegels 15 reflektiert. Am Kippspiegel 15 wird dieser Anteil der Strahlung wiederum reflektiert. Aufgrund des Kippwinkels b wird die Strahlung jedoch hierbei um den Winkel 2b abgelenkt. Die abgelenkte Strahlung wird durch den Strahlteiler 13 hindurch zu der Detektionsoberfläche 18 des Detektors 16 transmittiert und dort detektiert. Aufgrund der Ablenkung der vom Kippspiegel 15 in Richtung des Detektors 16 reflektierten Sekundär-Strahlung 11 wird eine optische Weglänge dieser Strahlung verlängert. Hierdurch resultiert ein Phasenunterschied, sodass die vom Spiegel 14 und vom Kippspiegel 15 zum Detektor 16 gelangende Sekundär-Strahlung 11 interferiert. Der Detektor 16 zeichnet das entsprechende Interferenzmuster auf. Im Folgenden wird der Ablauf des Dichtheitsprüfverfahrens 2 anhand der Fig. 3 erläutert.
In einem Bereitstellungsschritt 20 werden die auf Dichtheit hin zu überprüfenden Verpackungen 6 mit den darin verpackten Objekten 7 bereitgestellt. In dem in Fig. 1 dargestellten Beispiel werden die Verpackungen 6 in dem Innenraum 5 der Druckkammer 3 platziert. Die Platzierung erfolgt derart, dass die mithilfe der Sender 8 erzeugte Primär- Strahlung 9 auf die Einstrahlflächen 12 der Verpackungen 6 trifft und die hieraus resultierende Sekundär- Strahlung 11 mithilfe des Empfängers 10 detektiert werden kann.
An den Bereitstellungsschritt 20 schließt sich ein erster Messschritt 21 an. Bei einem Einstrahlvorgang 22 wird die Primär-Strahlung 9 auf die Einstrahloberfläche 12 der Verpackungen 6 eingestrahlt. In einem Detektionsvorgang 23 wird auf die Primär-Strahlung 9 zurückgehende Sekundär- Strahlung 11 detektiert. Hierbei wird aus der Sekundär- Strahlung 11 mithilfe des Empfängers 10 ein erstes Interferenzmuster erzeugt und detektiert. Die Durchführung des ersten Messschritts 21 ist schematisch in Fig. 1 gezeigt. Die Primär-Strahlung 9 wird auf die Einstrahloberflächen 12 der Verpackungen 6 eingestrahlt und die hieraus resultierende Sekundär- Strahlung 11 wird mithilfe des Empfängers 10 detektiert.
In einem Druckänderungsschritt 24 wird der Umgebungsdruck p, der zumindest auf einen Teilbereich der zu vermessenden Verpackungen 6 wirkt, geändert. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel wird mithilfe der Vakuumpumpe 4 der Umgebungsdruck p im Innenraum 5 der Druckkammer 3 geändert. Hierzu wird beispielsweise Luft aus dem Innenraum 5 abgesaugt. Der Umgebungsdruck p in dem Innenraum 5 wird hierdurch reduziert. Die Erzeugung des Druckunterschieds im Druckänderungsschritt 24 wird anhand der Figuren 1 und 4 im Detail erläutert. Fig. 4 zeigt einen Ausschnitt der Vorrichtung 1 gemäß Fig. 1 nach dem Druckänderungsschritt 24. In Fig. 1 ist die Situation vor dem Druckänderungsschritt 24 gezeigt. Nach dem Bereitstellungsschritt 20 sind die Verpackungen 6 in dem Innenraum 5 der Druckkammer 3 angeordnet. Da zur Bereitstellung der Verpackungen 6 der Druckraum 3 geöffnet werden muss, ist es praktikabel - wenn auch nicht zwingend erforderlich - den ersten Messschritt 21 bei Atmosphärendruck durchzuführen. Nach dem Druckänderungsschritt 24 ist der Umgebungsdruck p im Innenraum 5 gegenüber dem Atmosphärendruck reduziert.
Der geänderte Umgebungsdruck p wirkt daher auf die Verpackungen 6. Wie in den Figuren 1 und 4 dargestellt, weist die rechte Verpackung 6 Undichtigkeiten 25 auf. Die rechte Verpackung 6 ist undicht. Bei den Undichtigkeiten 25 handelt es sich um mikro- und/oder makroskopische Strukturen wie beispielsweise Risse. Die Undichtigkeiten 25 können beispielsweise unbeabsichtigt in Folge von Beschädigungen beim Transport und/oder beim Herstellungsprozess und/oder durch Materialfehler entstanden sein. Die linke Verpackung 6 weist keine derartigen Undichtigkeiten auf und ist dicht. Der angelegte Druckunterschied wirkt daher unterschiedlich auf die linke und die rechte Verpackung 6. Die dichte Verpackung 6 weist einen Innendruck auf, der sich von dem geänderten Umgebungsdruck p unterscheidet und beult daher zumindest im Bereich der Einstrahloberfläche 12 aus. Über die Undichtigkeiten 25 der rechten Verpackung 6 findet ein Druckausgleich statt. Die rechte Verpackung 6 wird daher weniger verformt. Die Auswertung der Dichtheitsprüfung macht sich die Verformung der Verpackungen 6 und/oder darin verpackten Objekte 7 zunutze. Der anzulegende Druckunterschied ist daher bevorzugt an die jeweils zu überprüfenden Verpackungen 6 und/oder die darin verpackten Objekte 7 angepasst. Der Druckunterschied wird vorteilhafterweise in Abhängigkeit der Steifigkeit der Verpackungen 6 gewählt. In dem Druckänderungsschritt 24 wird der Umgebungsdruck p bevorzugt um höchstens 200 mbar, insbesondere um höchstens 100 mbar, insbesondere um höchstens 50 mbar, insbesondere um höchstens 25 mbar geändert. Die hierdurch resultierenden Druckunterschiede sind wesentlich geringer als die Druckunterschiede, die bei konventionellen Dichtheitsprüfungen erforderlich sind. Das Dichtheitsprüfverfahren 2 kann mit geringem Rüstaufwand und mit geringen Verfahrensdau- em durchgeführt werden. Ein weiterer Vorteil der geringen Druckunterschiede besteht darin, dass eine dauerhafte Verformung und/oder Beschädigung dichter Verpackungen 6 vermieden ist. Für Folienverpackungen reicht bereits ein Druckunterschied zwischen 0,1 mbar bis 2 mbar aus. Bei Medikamentenfläschchen aus Glas oder Metall ist beispielsweise ein Druckunterschied zwischen 5 mbar und 20 mbar, insbesondere von etwa 10 mbar, ausreichend.
An den Druckänderungsschritt 24 schließt sich ein zweiter Messschritt 26 an. Der zweite Messschritt 26 entspricht in seiner Durchführung im Wesentlichen dem ersten Messschritt 21. Der zweite Messschritt 26 weist einen Einstrahlvorgang 22 und einen Detektionsvorgang 23 auf. Im Unterschied zu dem ersten Messschritt 21 wird der zweite Messschritt 26 durchgeführt, während der Umgebungsdruck p zumindest temporär aufgrund des Druckänderungsschritts 24 geändert ist. Im zweiten Messschritt 26 wird ein zweites Interferenzmuster erzeugt und detektiert. Das zweite Interferenzmuster spiegelt Änderungen an der Verpackung 6 bzw. den darin verpackten Objekten 7 aufgrund des geänderten Umgebungsdruck p wider.
An den zweiten Messschritt 26 schließt sich ein Auswerteschritt 27 an. Im Auswerteschritt 27 erfolgt ein Abgleich des ersten Interferenzmusters des ersten Messschritts 21 mit dem zweiten Interferenzmuster des zweiten Messschritts 26. Hierzu werden die jeweiligen Interferenzmuster überlagert und hierüber eine ortsaufgelöste Gesamt-Phasendifferenz bestimmt. Durch den Abgleich der Interferenzmuster der beiden Messschritte 21, 26 können Verformungen der Verpackungen 6 und/oder der darin verpackten Objekte 7 bestimmt werden. Da sich die Verpackungen 6 abhängig von deren Dichtheit unterschiedlich verformen (vgl. Fig.4), kann aus dem ortsaufgelösten Phasenunterschied auf die Dichtheit der jeweiligen Verpackung 6 rückgeschlossen werden.
Bei dem in den Figuren 1 bis 4 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Einstrahloberflächen 12 der Verpackungen 6 zumindest teilweise für die Primär- Strahlung 9 opak. Beispielsweise kann die gesamte Einstrahloberfläche 12 opak sein, insbesondere indem die Verpackung 6 insgesamt lichtundurchlässig ist. Bei den in den Figuren 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispielen können jedoch auch Verpackungen 6 verwendet werden, die an sich transparent sind, im Bereich der Einstrahloberfläche 12 jedoch nicht transparente Bereiche aufweisen, beispielsweise aufgedruckte Barcodes, Aufkleber und/oder anderweitige Aufdrucke. Zumindest ein Teil der Primär- Strahlung 9 wird an für die Primär- Strahlung 9 undurchlässigen Bereichen der Einstrahloberflächen 12 der Verpackungen 6 reflektiert. Die Sekundär-Strahlung 11 ist daher zumindest zum Teil auf an den Ein- strahloberfläche 12 reflektierte Primär- Strahlung 9 zurückzuführen. Beispielhaft sind in Fig. 4 zwei Strahlengänge der Primär- Strahlung 9 und der an der Einstrahloberfläche 12 reflektierten Sekundär-Strahlung 11 gezeigt.
Bei dem bisher beschriebenen Ausführungsbeispiel werden der erste Messschritt 21 und der zweite Messschritt 26 jeweils nur einmal durchgeführt und die entsprechend ermittelten Interferenzmuster im Auswerteschritt 27 abgeglichen. Vorteilhafterweise werden die Messschritte 21, 26 jeweils mehrfach ausgeführt. Hierdurch kann insbesondere die Messgenauigkeit erhöht werden, insbesondere für die quantitative Auswertung. Die Möglichkeit der mehrfachen Durchführung der Messschritte 21, 26 ist in Fig. 3 durch die gestrichelt gezeichneten Wiederholungsschleifen 32 angedeutet. Verschiedene Wiederholungen der Messschritte 21, 26 können beispielsweise mit einer unterschiedlichen Phasenverschiebung im Empfänger 10 vermessen werden. Als besonders geeignet hat sich jeweils eine Phasenverschiebung um TI/2 erwiesen. Besonders bevorzugt werden die Messschritte 21, 26 jeweils dreimal oder viermal, insbesondere mit einer jeweiligen Phasenverschiebung von TI/2, durchgeführt.
Bei der mehrmaligen Durchführung des ersten Messschritts 21 und des zweiten Messschritts 26 werden jeweils erste beziehungsweise zweite Interferenzmuster erzeugt und detektiert. Für den späteren Abgleich der Interferenzmuster hat es sich als praktikabel erwiesen, aus den ersten Interfe- renzmustem ein erstes Phasenbild und aus den zweiten Interferenzmustem ein zweites Phasenbild zu bestimmen. Der Abgleich der Interferenzmuster erfolgt dann anhand eines Abgleichs des ersten Phasenbildes mit dem zweiten Phasenbild. Mittels des Abgleichs wird eine ortsaufgelöste Phasendifferenz bestimmt. Die Phasendifferenz kann beispielsweise graphisch wiedergeben und ausgewertet werden. Hierdurch ist insbesondere eine qualitative Auswertung, insbesondere eine qualitative Charakterisierung der Verpackungen als dicht oder undicht, möglich.
In Fig. 5a und 5b sind beispielhafte Auswerteergebnisse des Auswerteschritts 27 an unterschiedlichen Verpackungen gezeigt.
In Fig. 5a ist das Ergebnis einer beispielhaften Messung an zwei Medikamentenflaschen 30 gezeigt. Die Vermessung erfolgte am Boden der Medikamentenflaschen 30. Der Boden der Medikamentenflaschen 30 bildet daher eine Einstrahlfläche. Die Abbildung zeigt den ortsaufgelösten Phasenunterschied, der durch Abgleich eines ersten Phasenbilds mit einem zweiten Phasenbild erhalten wird. Das erste und zweite Phasenbild werden aus den Interferenzmustem eines mehrfach durchgeführten ersten Messschritts 21 bzw. eines mehrfach durchgeführten zweiten Messschritts 26 bestimmt. Der Phasenunterschied ist in Graustufen qualitativ dargestellt. Zur Dichtheitsprüfung der Medikamentenflaschen 30 wurde ein Druckunterschied von 10 mbar angelegt.
Die links in Fig. 5a dargestellte Medikamentenflasche 30 ist undicht, während die rechts dargestellte Medikamentenflasche 30 dicht ist. Die undichte, links dargestellte Medikamentenflasche ermöglicht einen Druckausgleich bei Änderung des Umgebungsdrucks p. Hierdurch resultieren nur minimale Oberflächenverformungen. Aufgrund der minimalen Verformungen in der Größenordnung der Wellenlänge der Primär- Strahlung 9 zeigt der aus dem Abgleich erhaltene Phasenunterschied ein charakteristisches Interferenzmuster, das die links dargestellte Medikamentenflasche 30 als undicht identifiziert. Im Gegensatz dazu wird der Boden der rechten, dichten Medikamentenflasche 30 aufgrund des angelegten Druckunterschieds deutlich stärker verformt. Die Verformung ist größer als die Größenordnung der Wellenlänge, sodass anstatt eines Interferenzmusters ein Rauschmuster resultiert. Das erhaltene Rauschmuster zeigt an, dass die rechts dargestellte Medikamentenflasche 30 dicht ist.
In Fig. 5b wird eine entsprechende Messung an zwei Blisterverpackungen 31 gezeigt. Im Druckänderungsschritt 24 wurde hierzu ein Druckunterschied zwischen 0, 1 mbar und 2 mbar erzeugt. Die linke Blisterverpackung 31 ist undicht, wohingegen die rechte Bilsterverpackung 31 dicht ist. Aufgrund eines über die Undichtigkeiten möglichen Druckausgleichs wird die Einstrahloberfläche der linken Blisterverpackung 31 nur minimal verformt, sodass wiederum ein charakteristisches Interferenzmuster resultiert. Die dichte, rechts dargestellte Blisterverpackung 31 wird um ein Vielfaches stärker verformt, sodass ein Rauschmuster resultiert. Wiederum kann anhand der resultierenden Interferenz- bzw. Rauschmuster eine Unterscheidung zwischen dichten und undichten Verpackungen erfolgen.
Bei den in Fig. 5a und 5b dargestellten Ausführungsbeispielen wird zwischen dichten und undichten Verpackungen unterschieden, indem die Phasenunterschiede anhand resultierender Interferenz- bzw. Rauschmuster qualitativ ausgewertet werden. In anderen, nicht dargestellten Ausführungsbeispielen, ist auch eine quantitative Auswertung möglich. Insbesondere für undichte Verpackungen können die Verformungen und damit potentielle Undichtigkeiten quantifiziert werden.
In Fig. 6 ist ein weiterer Anwendungsfall des Dichtheitsprüfverfahrens 2 gezeigt. Identische Komponenten tragen die gleichen Bezugszeichen wie in der vorstehend unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 4 bereits beschrie- benen Variante, auf die hiermit verwiesen wird. Konstruktiv unterschiedliche, jedoch funktionell gleichartige Komponenten tragen die gleichen Bezugszeichen mit einem nachgestellten a.
Die in Fig. 6 gezeigte Anwendung des Dichtheitsprüfverfahrens 2 wird ebenfalls mit der Vorrichtung 1 gemäß Fig. 1 durchgeführt. In Fig. 6 zeigt einen Ausschnitt der Vorrichtung 1. Der Anwendungsfall unterscheidet sich nur in den auf Dichtheit zu überprüfenden Verpackungen 6a und den darin verpackten Objekte 7a. In Fig. 6 ist die Durchführung des zweiten Messschritts 26 gezeigt, also ein Zustand mit temporär veränderten Umgebungsdruck p.
Die Verpackungen 6a sind zumindest im Bereich der Einstrahloberflächen 12a für die Primär- Strahlung 9 transparent. Eine Reflexion der Primär- Strahlung 9 an der Einstrahloberfläche 12a findet nicht statt. Die Primär- Strahlung 9 durchdringt die Einstrahl-Oberfläche 12a und trifft auf das verpackte Objekt 7a. Die Primär- Strahlung 9 wird an dem Objekt 7a reflektiert und tritt als Sekundär- Strahlung 11 wiederum durch die transparente Einstrahloberfläche 12a. Die Sekundär- Strahlung 11 resultiert daher aus einer Reflexion der Primär- Strahlung 9 an dem verpackten Objekt 7a. Der in Fig. 6 dargestellte Anwendungsfall erweitert die Anwendung des Dichtheitsprüfverfahrens 2 auf für die Primär- Strahlung 9 transparente, insbesondere vollständig transparente Verpackungen 6a. Das Dichtheitsprüfverfahren 2 ermöglicht insbesondere die Dichtheitsprüfung von für die Primär-Strah- lung 9 vollständig transparenten Verpackungen 6a.
Aufgrund der Transparenz der Verpackungen 6a, zumindest im Bereich der Einstrahloberfläche 12a, kann eine Verformung der Verpackung 6a nicht detektiert werden. Das Verfahren macht sich jedoch zunutze, dass bei dichten Verpackungen 6a, wie rechts in Fig. 6 dargestellt, der angelegte Druckunterschied im Wesentlichen auf die Verpackung 6a wirkt. Das verpackte Objekt 7a verformt sich daher bei der dichten Verpackung 6a nur minimal. Im Gegensatz hierzu kann der Druckunterschied über Undichtigkeiten 25 in der Verpackung 6a auf das in der Verpackung 6a verpackte Objekt 7a wirken. Dies ist für die rechte Verpackung 6a in Fig. 6 dargestellt. Das in der undichten Verpackung 6a verpackte Objekt 7a wird aufgrund des angelegten Druckunterschieds verformt. Die Verformung des Objekts 7a kann durch die an dem Objekt 7a reflektierte Primär-Strahlung 9 detektiert werden.
Zwischen der Einstrahloberfläche 12a und dem Objekt 7a ist in dem in Fig. 6 gezeigten Anwendungsfall ein Abstand in Form eines Luftpolsters 35 ausgebildet. Die Einstrahloberfläche 12a und das Objekt 7a sind voneinander durch das Luftpolster 35 beabstandet. Dies begünstigt eine besonders genaue Dichtheitsprüfung der transparenten Verpackungen 6a. Aufgrund des Luftpolsters 35 kann sich das Objekt 7a in undichten Verpackungen ungehindert verformen. Im Gegenzug führen Verformungen der Verpackung 6a, insbesondere bei dichten Verpackungen 6a, nicht zu einer Verformung des Objekts 7a. Hierdurch ist eine besonders zuverlässige und genaue Charakterisierung der zu vermessenden Verpackungen 6a als dicht bzw. undicht gewährleistet.
Für den in Fig. 6 gezeigten Anwendungsfall ist es vorteilhaft, aber nicht zwingend erforderlich, wenn die Verpackung 6a eine höhere Steifigkeit aufweist als das Objekt 7a. Hierdurch werden Verformungen der Verpackung 6a, insbesondere im Bereich der Einstrahloberfläche 12a minimiert. Störende Einflüsse aufgrund einer Verformung der Verpackung 6a auf die Durchführung der Messschrite 21, 26 und den Auswerteschrit 27 sind minimiert. Messartefakte sind vermieden. Messartefakte können insbesondere die quantitative Bestimmung von Verformungen erschweren.
Bei den Objekten 7a handelt es sich insbesondere um massive Objekte.
Beispiele sind insbesondere Tableten, Lebensmittel (z.B. Fleisch, Brot, ...) und/oder Vergleichbares. Der für die Dichtheitsprüfung einzustellende Druckunterschied wird vorteilhafterweise an der Steifigkeit des verpackten Objekts 7a bemessen. Für die Prüfung von Kunststoffobjekten haben sich beispielsweise Druckdifferenzen im zwei- bis sehr niedrigen dreistelligen Millibar-Bereich als geeignet erwiesen. Wiederum sind nur geringe Druckänderungen erforderlich, was zu einer schnellen und effizienten Dichtheitsprüfung führt.
In Fig. 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Anordnung 40 mit einer Vorrichtung 1b zur Dichtheitsprüfung von Verpackungen gezeigt. Identische Komponenten tragen die gleichen Bezugszeichen wie in der vorstehend unter Bezugnahme auf die Figur 1 bereits beschriebenen Variante, auf die hiermit verwiesen wird. Konstruktiv unterschiedliche, jedoch funktionell gleichartige Komponenten tragen die gleichen Bezugszeichen mit einem nachgestellten b.
Vorrichtung 1b weist eine Druckhaube 41 auf. In die Druckhaube 41 sind die Sender 8 für die Primär- Strahlung 9 und der Empfänger 10 zur Erzeugung und Detektion eines Interferenzmusters aus der Sekundär- Strahlung 11 integriert.
In der Anordnung 40 ist die Vorrichtung 1b, insbesondere die Druckhaube
41, oberhalb einer Förderanlage 42 angeordnet. Die Förderanlage 42 ist ein Transportband. Selbstverständlich können auch beliebige andere Förderanlagen bzw. Fördertechniken verwendet werden. Mithilfe der Förderanlage 42 werden die in den Verpackungen 6 verpackten Objekte 7 gefördert. Die Anordnung 40, insbesondere die Druckhaube 41, ist daher in eine Produktionsanlage bzw. Lageranlage integriert. Mithilfe der Anordnung 40 ist eine In-Line-Dichtheitsprüfung von mithilfe der Förderanlage 42 geförderten Verpackungen 6 möglich.
Mithilfe der Förderanlage 42 werden die auf Dichtheit hin zu überprüfenden Verpackungen 6 in einer Förderrichtung A gefördert. Durch die Förderanlage 42 werden die Verpackungen 6 mit den darin verpackten Objekten 7 in den Bereitstellung s schritt 20 unterhalb der Vorrichtung 1b bereitgestellt. Hieraufhin wird der erste Messschritt 21 durchgeführt. Der Druck - änderungsschritt 24 erfolgt mithilfe der Druckhaube 41. Hierfür kann die Druckhaube 41 Luft ansaugen, wie dies mithilfe der Pfeile 43 schematisch dargestellt ist. Durch die Luftansaugung wird der auf die zu vermessenden Verpackungen 6 wirkende Umgebungsdruck p geändert. Während der Luftansaugung erfolgt der zweite Messschritt 26. In dem darauf folgenden Auswerte schritt 27 werden die Interferenzmuster der Messschritte 21 und 26 verglichen.
Insbesondere aufgrund der nur geringen erforderlichen Druckunterschiede kann die Druckhaube 41 berührungslos arbeiten. Ein Absenken der Druckhaube 41 ist nicht erforderlich. Aufgrund der geringen Druckunterschiede ist zudem eine effiziente und schnelle Durchführung des Druckänderung s- schritts 24 sowie des zweiten Messschritts 26 möglich. Die Durchführung des Dichtheitsprüfverfahrens kann mit geringen Verfahrenszeiten erfolgen. Die Förderung der Verpackungen 6 in Förderrichtung A muss nur für einen geringen Zeitraum angehalten werden. Die Dichtheitsprüfung ist ohne Zeitverlust in bestehende Förderanlagen integrierbar. Insbesondere können bestehende Förderanlagen mit entsprechenden Vorrichtungen 1b nachgerüstet werden.
Die Vorrichtung 1b kann auch für die Dichtheitsprüfung von für die Pri- mär-Strahlung 9 transparenten, insbesondere vollständig transparenten, Verpackungen verwendet werden.
In weiteren nicht dargestellten Ausführungsbeispielen kann die Druckhaube auch auf die Förderanlage abgesenkt werden. Insbesondere kann die Druckhaube nach dem Absenken mit der Förderanlage eine Druckkammer bilden. Hierdurch ist es insbesondere möglich, auch große Druckunterschiede zu erzeugen. Dies ist insbesondere bei der Dichtheitsprüfung von Verpackungen mit hoher Steifigkeit und/oder anhand der Verformung der verpackten Objekte, insbesondere massiver Objekte, vorteilhaft.
Bei den hier diskutierten Ausführungsbeispielen erfolgt die Einstrahlung der Primär- Strahlung über zumindest einen Teilbereich der Oberfläche der mindestens einen Verpackung. Im Regelfall wird die Primär- Strahlung nur auf einen Teilbereich der Oberfläche der mindestens einen Verpackung eingestrahlt. Es wird gegebenenfalls nur die Verformung eines Teilbereichs der Oberfläche der mindestens einen Verpackung vermessen. Dies ist für das Dichtheitsprüferverfahren 2 ausreichend. Eine Einstrahlung über die gesamte Oberfläche der Verpackung ist nicht erforderlich. Grund hierfür ist, dass die Dichtheit eine Volumeneigenschaft der gesamten Verpackung ist. Egal an welcher Stelle Undichtigkeiten auftreten, führen diese zu einem Druckausgleich, der sich in einer weniger starken Verformung an beliebigen Verpackungsteilen registrieren lässt. Die Dichtheitsprüfung kann daher nur in Teilbereichen der Verpackungsoberfläche erfolgen. Das Verfahren ist effizient und genau. In anderen, nicht dargestellten Ausführungsbeispielen kann auch die gesamte Verpackungsoberfläche vermessen werden. Insbesondere können verschiedene Teilbereiche sukzessive vermessen werden.
In Fig. 8 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 1c zur Dichtheitsprüfung von Verpackungen gezeigt. Identische Komponenten tragen die gleichen Bezugszeichen wie in der vorstehend unter Bezugnahme auf die Figur 1 bereits beschriebenen Variante. Konstruktiv unterschiedliche, jedoch funktionell gleichartige Komponenten tragen die gleichen Bezugszeichen mit einem nachgestellten kleinen c.
Die Vorrichtung 1c weist eine Druckkammer 3 und eine als Vakuumpumpe 4 ausgebildete Druckbeeinflussungseinheit auf. Mit Hilfe der Vakuumpumpe 4 kann der in dem Innenraum 5 der Druckkammer 3 herrschende Umgebungsdruck p variiert werden, wie dies in Bezug auf die vorstehenden Ausführungsbeispiele beschrieben wurde.
Im Innenraum 5 der Druckkammer 3 ist eine bespielhaft gezeigte Verpackung 6c mit einem nicht dargestellten darin verpackten Objekt angeordnet. Die Verpackung 6c weist eine Einstrahloberfläche 12c auf. Mit Hilfe der Sender 8, die als Laserdioden ausgebildet sind, wird die Primär-Strah- lung 9 auf die Einstrahloberfläche 12c der Verpackung 6c eingestrahlt. Die Primär- Strahlung 9 ist aufgeweitete Laserstrahlung. Die Sender 8 weisen jeweils eine Linse 45 zur Aufweitung der Laserstrahlen auf. Die mit Hilfe der beiden Sender 8 eingestrahlte Primär- Strahlung 9 interferiert auf der Einstrahloberfläche 12c unter Bildung eines Interferenzmusters in Form eines Specklemusters 46.
Von der Einstrahloberfläche 12c ausgehende, Sekundär- Strahlung wird mit Hilfe des Empfängers 10c detektiert. Der Empfänger 10c ist als Kamera ausgebildet. Die detektierte Sekundär-Strahlung enthält Informationen über das Specklemuster 46.
Die Kamera ist in Signalverbindung mit einer Auswerteeinheit 19c. Die Auswerteeinheit 19c kann beispielsweise als Computer oder Mikrocontroller ausgebildet sein.
Die Vorrichtung 1c ist insbesondere zur Durchführung des oben beschriebenen Dichtheitsprüfverfahrens geeignet. Beispielsweise können mindestens ein erster Messschritt und mindestens ein zweiter Messschritt durchgeführt werden, wobei jeweils das auf die Primärstrahlung 9 zurückgehende Specklemuster 46 detektiert wird. Zwischen den Messschritten kann mit Hilfe der Vakuumpumpe 4 der Umgebungsdruck p geändert werden.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 8 wird das für den Abgleich heranzuziehende erste Interferenzmuster und zweite Interferenzmuster nicht aus der Sekundär Strahlung erzeugt, sondern das auf die Primärstrahlung 9 zurückgehendes Specklemuster 46 direkt gemessen. Teure Messsysteme, insbesondere Shear-Elemente oder Interferometer, sind nicht erforderlich. Ein weiterer Vorteil dieses Ausführungsbeispiels besteht darin, das die Detektion und der Abgleich der Specklemuster 46 eine Dichtheitsüberprüfung ermöglicht, die weniger empfindlich gegenüber Störungen, beispielsweise Vibrationen und/oder Verformungen der Verpackung 6c und/oder des darin befindlichen Objekts, ist. Die Vorrichtung 1c ermöglicht damit eine einfache, flexible und störunanfällige Dichtheitsüberprüfung, die sich besonders gut zum Einsatz in harschen Umgebungen, beispielsweise im Produktionsumfeld, eignet. Damit ist die Vermessung von Specklemustem 46 für die Dichtheitsprüfung besonders gut dafür geeignet, in-line eingesetzt zu werden, wie dies beispielsweise unter Verwendung einer Druckhaube in Fig. 7 gezeigt ist.
Bei dem in Fig. 8 gezeigten Ausführungsbeispiel wird das Specklemuster 46 detektiert, das sich auf der Einstrahloberfläche 12c der Verpackung 6c bildet. Es wird daher ein nicht-transparenter Bereich der Verpackung 6c vermessen, auf dem sich die Specklemuster bilden. In anderen, nicht gezeigten Ausführungsbeispielen, kann auch eine Verpackung mit transparenter Einstrahloberfläche vermessen werden. Die Specklemuster können sich dann auf der Oberfläche des in der Verpackung verpackten Objekts ausbilden. Die Vermessung von Specklemustem eignet sich daher für alle oben in Bezug auf andere Ausführungsbeispiele beschriebenen Varianten der Dichtheitsprüfung.
Zum Abgleich der Interferenzmuster werden die in den unterschiedlichen Messschritten detektierten Specklemuster 46 voneinander subtrahiert. Für Verpackungen 6c, die undicht sind und bei einer Druckänderung keine oder nur eine vorrübergehende Verformung erfahren, sind die in den unterschiedlichen Messschritten gemessenen Specklemuster im Wesentlichen gleich, sodass deren Differenz gering ist, insbesondere im Wesentlichen null ist. Dichte Verpackungen, die sich für die gesamte Dauer der Druckänderung verformen, führen zu einer endlichen Differenz des Specklemusters. Auf Basis der Differenzwerte kann einfach auf die Dichtheit der Ver- packung geschlossen werden. Zudem kann ein zeitlicher Verlauf der Differenzwerte vor und nach der Druckänderung vermessen und ausgewertet werden. Hierüber können vorteilhafterweise Rückschlüsse über das Maß der Undichtheit geschlossen werden. Beispielsweise kann ermittelt werden, wie schnell sich eine temporäre Verformung aufgrund eines über Undichtheiten erfolgenden Druckausgleichs abnimmt.
Durch die Detektion mit Hilfe einer Kamera 10c können die Specklemuster 46 auf einfache Weise ortsaufgelöst detektiert und ausgewertet werden. In besonders vorteilhaften Ausführungsbeispielen erfolgt eine grafische Auswertung des Abgleichs der Specklemuster 46, insbesondere der Differenz der Specklemuster 46. Dies kann entweder durch einen Bediener oder, vorzugsweise, automatisiert durch einen Algorithmus erfolgen. Beispielsweise kann eine Darstellung in Graustufen die Größe der Differenz abbilden. Der Algorithmus kann dann die Helligkeit in einzelnen Bereichen analysieren.
Überschreitet die Helligkeit einen vordefinierten Grenzwert, ist dies ein Hinweis darauf, dass eine Undichtigkeit vorliegt.

Claims

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