(57)【要約】本発明は、被検査物１２上の漏れ検出のための装置であって、被検査物１２のための排気可能な検査チャンバ１４を有するものに関する。検査チャンバは、フレキシブルな、特に弾性材料からなる少なくとも１つの壁領域を備えている。より正確な漏れ検出のために、検査チャンバの内部の全圧上昇の進行が測定される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検査物（１２）上の漏れ検出のための装置であって、
被検査物（１２）のための排気可能な検査チャンバ（１４）を有し、
上記検査チャンバ（１４）は、特に弾性材料からなるフレキシブルな少なくとも１つの壁領域を有し、
上記装置は、上記検査チャンバ（１４）の内部の全圧上昇の進行を決定するための測定手段（３２）を備えることを特徴とする装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置において、
上記全圧上昇を決定するための上記手段（３２）が静電容量式全圧センサを備えることを特徴とする装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の装置において、
上記手段（３２）は、上記検査チャンバ（１４）の排気段階中に圧力進行を決定するように構成されていることを特徴とする装置。
【請求項４】
請求項１から３までのいずれか一つに記載の装置において、
上記検査チャンバ（１４）は、過剰圧力で加圧されるようになっている外チャンバに含まれていることを特徴とする装置。
【請求項５】
請求項１から４までのいずれか一つに記載の装置において、
上記検査チャンバ（１４）内、または上記検査チャンバ（１４）と連結された容積内に、特にゼオライトであるガス結合性の吸収体材料（３４）が設けられていることを特徴とする装置。
【請求項６】
請求項５に記載の装置において、
上記吸収体材料（３４）は、上記検査チャンバ（１４）と圧力センサとの間の連結チャネル（３０）内に含まれていることを特徴とする装置。
【請求項７】
請求項６に記載の装置において、
上記吸収体（３４）と上記検査チャンバ容積との間の上記連結チャネル（３０）内に遮断弁（３４）が設けられ、上記弁は、上記検査チャンバ容積からの上記吸収体材料（３４）の選択的な分離のために設けられていることを特徴とする装置。
【請求項８】
特に弾性材料からなるフレキシブルな少なくとも１つの壁領域を有する検査チャンバ（１４）として、排気可能なフィルムチャンバを使用する、被検査物上の漏れ検出のための方法であって、
上記検査チャンバ（１４）の内部の全圧上昇の進行が測定されることを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項８に記載の方法において、
漏れの存在は、測定区間全体にわたる上記全圧上昇の上記進行から検知されることを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項８または９に記載の方法において、
漏れの検出のために、測定区間に対する上記圧力上昇の進行についてパターン認識が行われることを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項８から１０までのいずれか一つに記載の方法において、
上記圧力上昇の上記進行は、予め決められた定められた時間で決定されることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は被検査物上の漏れ検出のための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
伝統的に、被検査物（例えば食品パッケージ）における漏れは、剛性の検査チャンバ内に上記被検査物を置くことにより測定されている。その後、上記検査チャンバは排気され、ポンプからのチャンバの分離の後、チャンバ内の圧力進行の測定が行われる。上記被検査物が漏れを有する場合、ガスは上記被検査物から上記チャンバ内へ漏れる。それによって、上記検査チャンバ内の圧力は上昇する。その圧力上昇は測定され、上記パッケージ内の漏れの存在有無に対する指標として働く。
【０００３】
公知の漏れ検出方法の１つの問題は、上記検査チャンバの内部の圧力が専ら上記被検査物中の漏れによって影響を受けるだけでなく、上記検査チャンバ内の温度変化、または上記検査チャンバの内面上のガスの脱離によって影響を受けるということである。それによって、漏れ検出に測定エラーが生じる。これらの妨害する影響は、上記検査チャンバの容積が大きいほど、また、上記検査チャンバ内で測定中の圧力が高いほど、より大きくなる。実用的な理由から、上記検査チャンバの容積は、意のままに縮小することができない。被検査物の形、サイズおよび数が或るチャンバ容積を要求するからである。さらに、上記検査チャンバ内の測定中の圧力は、意のままに下げることができない。被検査物（特に、パッケージのような柔軟で、寸法的に不安定な被検査物）が変形され、損傷を受け、または破裂さえするおそれがあるからである。
【０００４】
さらに、検査チャンバであって、少なくとも１つの壁部分、好ましくは検査チャンバ全体が、フレキシブルで、好ましくは弾性変形可能な材料（例えばフィルムのような）からなるものは、知られている。そのフレキシブルな壁部分は、上記チャンバのうち上記被検査物が漏れ測定中に配置される領域に形成されている。上記検査チャンバの内部の圧力が低下されるにつれて、そのフレキシブルな壁は上記被検査物にはりつく。それによって、上記チャンバの容積は縮小される。それによって、測定を妨害する影響、特に温度変化によって引き起こされる圧力変化が低減される。さらに、上記被検査物にはりつくフレキシブルな壁部分は上記被検査物を支持し、上記被検査物が変形または破裂するのを防ぐ。このことは、例えばパッケージのような、寸法的に不安定な被検査物について、特に有利である。
【０００５】
そのようなフィルム検査チャンバは、例えばJP-A 62-112027、EP 0 152 981 A1、およびEP 0 741 288 B1に記載されている。JP-A 62-112027は、ガス検出器による漏れガスの検知について記述している。EP 0 152 981 A1は、フィルムチャンバの排気について記述している。そこでは、フィルムチャンバ内の圧力と参照容積内の参照圧力との間の圧力差が観測される。この圧力差が０から外れた場合、漏れが検知されたと考えられる。EP 0 741 288 B1では、フィルムチャンバが加圧され、漏れ検出の目的のために、或る瞬間、圧力が測定される。閾値が超えられたとき、漏れが検知されたと考えられる。
【発明の概要】
【０００６】
本発明の目的は、被検査物上の漏れ検出のための装置であって、迅速な漏れ検出を可能にするものを提供することにある。
【０００７】
本発明の装置は、請求項１の特徴によって規定される。
【０００８】
本発明によれば、漏れ検出は、検査チャンバの内部の圧力の全圧上昇の測定によって行われる。生じ得る漏れのための検査は、検査ガスの援助なしで実行される。ここで、検査チャンバと全圧センサとの間の直接のガス交換は必要とされない。その結果、ガスは漏れ口から圧力センサへ流れる必要が無い。
【０００９】
この文脈では、全圧は、フィルム検査チャンバ内の絶対圧として理解される。全圧という用語は、差圧の評価を使用する従来知られている漏れ検出技術を超える、差別化の手段として働く。本発明によれば、測定区間全体にわたって、つまり、測定の全期間中、全圧上昇の進行が評価される。圧力上昇の進行の形は、漏れの存在についての迅速な評価のために働く。圧力上昇の進行は、単なる閾値の監視または差圧の測定よりも正確である。全圧上昇の進行の迅速な評価は、完全に自動化された漏れ検出オペレーションの実現のための、完全に自動化された、特に迅速な測定サイクルを可能にする。
【００１０】
検査チャンバは、１つまたは複数の柔軟なフィルムからなるのが好ましい。その中またはそれらの間に、被検査物が配置される。上記フィルム（単数または複数）は、クランプ要素（例えばクリップ）によって連結され又は閉じられ得る。
【００１１】
上記被検査物の領域にある上記検査チャンバの内壁部分のガス透過性の材料またはガス透過性の構造は、フレキシブルな検査チャンバ壁が上記被検査物にはりついた後でも、上記被検査物の周りのガスの流れを許す。それによって、全チャンバ容積全体をさらに低い全圧に排気することが可能になる。
【００１２】
圧力進行、すなわち全圧の進行、および、おそらく個々のガス成分の分圧の進行は、粗い漏れ検出を可能にするように、測定シーケンスの排気段階中に、既に評価されるのが好ましい。
【００１３】
上記検査チャンバが外部の過圧チャンバによって囲まれれば、好都合である。上記検査チャンバからのガスの予備的な除去のために、外力がフレキシブルな検査チャンバに作用し、また、上記検査チャンバのフレキシブルな領域が製品にはりつかせられるように、上記検査チャンバ内の圧力に比して上記外チャンバ内の圧力を増加させることは可能である。それにより、採用されたポンプの吸引能力に関係なく、ガスの大部分は上記検査チャンバから排出される。それにより、測定サイクルは、より遙かに速くなる。
【００１４】
上記チャンバまたは上記検査チャンバ容積と連結された容積中へ、選択的にガスを結合する材料が吸収体として導入されるのが好ましい。上記吸収体材料は、脱離によって上記チャンバ内の圧力上昇に影響を及ぼし、かつ漏れ速度測定を危うくしたかも知れない反応性のガスを拘束する。上記検査チャンバ内側でのガスの脱離は、典型的には圧力の追加的な上昇を引き起こし、漏れ速度測定における測定エラーをもたらす。特に、１０ｍｂａｒ未満の圧力範囲にある水は、脱離によって、全圧上昇に対して主な寄与をする。全圧測定では、水によって引き起こされた上記検査チャンバ内の圧力上昇は、上記被検査物内の漏れによって引き起こされた圧力上昇と区別され得ない。上記吸収体材料は、この測定エラーを低減することができる。
【００１５】
上記吸収体材料は、上記検査チャンバと圧力センサ（例えば上記全圧センサ）との間の連結チャネル内に収容されのが好ましい。この場合、上記連結チャネル内の容積（上記吸収体材料が配置されている）は、遮断弁によって、上記検査チャンバ容積から分離されるようになっているべきである。換気および排気段階（例えば粗い漏れ検出のための）中に、上記弁が閉じられているとき、上記吸収体材料は大気に露出されず、上記吸収体材料の選択的にガスを結合するための能力は保存される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
下記は、図面を参照した、本発明の実施形態の詳細な説明である。図において、
【図１】図１は、第１の実施形態を示す図である。
【図２】図２は、開状態にある第１の実施形態の検査チャンバの模式図である。
【図３】図３は、第２の実施形態を示す、図２に類似した図である。
【図４】図４は、第３の実施形態を示す、図２に類似した図である。
【図５】図５は、第４の実施形態を示す、図２に類似した図である。
【図６】図６は、測定された圧力の典型的な進行を示す図である。
【図７】図７は、固定された時間での圧力上昇の評価のための例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
被検査物１２はチャンバ１４内に置かれる。その後、チャンバ１４は閉じられ、弁２６を介して排気される。チャンバ１４内の圧力降下およびそれに伴って大気圧によって及ぼされる外力のおかげで、フレキシブルなチャンバ壁１６は、被検査物１２全体にはりつき、被検査物１２の外形に順応する。
【００１８】
不織布２０のガス透過性材料が、チャンバ箔１６と被検査物１２との間に設けられている。代替例として、フィルム１６の表面が構造化され得る。これは、フィルムチャンバ１４が被検査物１２にはりついた後も、被検査物１２のまわりにガスが流れるのを可能にし、したがって、チャンバ容積全体の低い全圧への排気を可能にする。
【００１９】
剛性の検査チャンバのチャンバ圧力に対応して、フィルム１６と被検査物１２との間に、典型的には１〜５０ｍｂａｒ（絶対圧）の真空が生成される。被検査物１２の内圧とフレキシブルなチャンバ材上の外圧とが同一であるから、パッケージ１２のまわりの真空にもかかわらず、パッケージ１２には実効的に力が及ぼされない。したがって、フィルム１６は全ての側で均一にパッケージを支持し、パッケージ１２が膨らみまたは破壊されるのを防ぐ。
【００２０】
不織布２０で満たされた中間の空間は、典型的にはせいぜい数ｃｍ３のサイズを有する自由な容積を形成する。被検査物１２の形へのフィルムチャンバ１４の順応のせいで、異なる被検査物が使用される場合であっても、最小のチャンバ容積が到達される。
【００２１】
フィルムチャンバ１４が弁２６によってポンプ２４から分離された後、被検査物１２内の漏れは、フィルムチャンバ１４内での連続的な全圧上昇につながる。この全圧は、敏感な全圧測定装置（真空計）を用いた全圧測定によって、決定される。
【００２２】
蓄積段階中の圧力進行は、評価され、設定値と比較される。設定値からの対応する偏差が生じる場合、被検査物１２内の漏れが検知される。
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ここで、
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は、検査チャンバ内の期間Δｔ当たりの圧力変化Δｐｃｈａｍｂｅｒである。
Ｖｃｈａｍｂｅｒは、チャンバ容積［ｌ］である。
ｑｐは、漏れ速度［ｍｂａｒ・ｌ／ｓ］である。
Ｐｃｈａｍｂｅｒ，Ｐｔｅｓｔ ｓｐｅｃｉｍｅｎは、それぞれチャンバまたは被検査物内の圧力［ｍｂａｒ］である。
【００２３】
測定チャンバ内の全圧上昇および部分的な圧力上昇の両方は、２つの値、つまり支配的なチャンバ圧力と測定容積とに依存する。
【００２４】
全圧測定は、パッケージ内へ導入された検査ガスの検査ガス検出に対して、次に説明されるような２つの利点を有する。
−  第１に、ガスのタイプへの依存が無い、すなわち、漏れ検出用の製品に特別の検査ガスは供給される必要が無い。
−  第２に、全圧変化は、検査容積のいかなる場所でも直ちに検知され得る。
含まれた原理のおかげで、或る検査ガスに特有のセンサ系は拡散依存の応答時間を有する。検知されるべき検査ガスは、検知されるために、漏れ口からセンサまで到着しなければならないからである。距離と全圧に依存して、拡散時間は、意図されたサイクル時間について容認不可能であるかも知れない。
【００２５】
これらに関連して、非常に小さく自由なチャンバ容積の中で、低いチャンバ圧力で、かつ検査ガス無しで、圧力上昇を測定することが実現可能である。
【００２６】
温度変化によって引き起こされる測定エラーは、次の通りである。
【００２７】
検査チャンバ内の全圧が低いほど、被検査物からの漏れ速度は高くなり、したがって、期待される圧力上昇も高くなる。さらに、検査チャンバ内の全圧は、ガスの平均温度Ｔｃｈａｍｂｅｒに依存する。第１近似では、次式が有効である。
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【００２８】
誤差評価を通して、そこから次式の結果が得られる。
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ここで、｜Δpchamber｜は、温度とチャンバ容積の変化による圧力の変化である。
上記圧力変化は、被検査物における漏れによって引き起こされる圧力変化と区別され得ない。温度変化によって引き起こされる圧力変化｜Δpchamber｜は、チャンバ圧力ｐｃｈａｍｂｅｒに比例する。チャンバ圧力が低いほど、この妨害する影響は小さい。
【００２９】
例：  ７００ｍｂａｒのチャンバ圧力で、２５℃（２９８．１５Ｋ）のチャンバ温度で０．１Ｋだけの温度変化は、次のような圧力変化を引き起こす。
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【００３０】
比較のために：  １０秒（ｓ）の測定時間および０．１リットル（ｌ）の自由なチャンバ容積を仮定すると、ｑ＝１×１０−３ｍｂａｒ・ｌ／ｓの漏れは、次の圧力上昇につながる。
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【００３１】
この場合、温度変化によって引き起こされる圧力上昇は、漏れによって引き起こされる増加の２倍になるだろう。代わりに、人が７ｍｂａｒで運転すれば、温度変化によって引き起こされる圧力変化は、同じ測定信号の単に〜５％の割合に相当する０．０１ｍｂａｒだけになるだろう。すなわち、７００ｍｂａｒの全圧では温度変化によってマスクされるのと同じ漏れが、７ｍｂａｒでは測定され得る。温度ドリフトによって引き起こされる熱膨張、およびそれに伴うチャンバ容積の変化は、チャンバ圧力上の温度変化の直接の影響に比べて無視できる。
【００３２】
一方では、圧力変化およびそれに伴うガスの圧縮／膨張が温度変化を引き起こし、他方では、被検査物が測定チャンバの温度と異なる温度をしばしば有することから、温度変化は漏れ測定中に予期されうる。
【００３３】
測定に対する容積の影響：
自由なチャンバ容積、したがって、測定容積がより小さければ、被検査物中の漏れによって引き起こされる圧力変化はより大きくなる。この文脈では、自由なチャンバ容積は、チャンバの排気状態で被検査物によって占められない容積である。
【００３４】
例：  １リットルの自由な容積を持つ典型的なチャンバでは、大きさｑ＝１×１０−３ｍｂａｒ・ｌ／ｓの漏れは、１０秒間で約０．０１ｍｂａｒの圧力上昇を引き起こす。
。１０ｃｍ３の自由なチャンバ容積では、同じ漏れは約１ｍｂａｒの圧力上昇を引き起こす。
【００３５】
脱離：
例えば、水の脱離も、検査チャンバ内の全圧に影響を及ぼす。脱離を考慮して、検査チャンバ内の全圧上昇のために、次の関係が決定される。
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ここで、
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は全圧上昇［ｍｂａｒ／ｓ］である。
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は、漏れによって引き起こされる全圧上昇［ｍｂａｒ／ｓ］である。
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は、温度ドリフトによって引き起こされる全圧変化［ｍｂａｒ／ｓ］である。
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は、脱離によって引き起こされる全圧上昇である。
ＶＲは、容器の容積［ｌ］である。
ＡＲは、容器＋被検査物の表面積［ｃｍ２］である。
ｑＬは、被検査物の漏れ速度［ｍｂａｒ・ｌ／ｓ］である。
ｑＡは、チャンバ／被検査物の脱離速度［（ｍｂａｒ・ｌ）／（ｓ・ｃｍ２）］である。
【００３６】
蓄積チャンバ内の全圧の時間進行にわたる敏感な漏れ速度測定のために、可能な限り最小のチャンバ容積が目指されるべきである。チャンバ容積が小さいほど、与えられた固定の漏れ速度について、全圧は速く上昇する。
【００３７】
チャンバ内の脱離によって引き起こされる可能な限り小さな全圧上昇を達成するために、表面積に対する容積の大きな比率が目指されるべきである。与えられた表面積について、チャンバ容積が大きいほど、単位時間当たりの全圧上昇は低くなる。
【００３８】
これは矛盾を形成する。好ましくは検査チャンバと全圧測定装置との間の連結チャネル内に吸収体材料を設けて、水の分圧の影響を除去することによって、この矛盾は解決され得る。
【００３９】
本発明の特別の特徴は、形成可能でフレキシブル（例えば弾性材料）なチャンバが使用され、そのような密封されたチャンバ内の全圧上昇が漏れを測定するために使用される、ということである。全圧の測定は、例えば静電容量式全圧センサを使用して、表面積当たりに作用する力を測定することによって達成される。ここで、起こり得る漏れのための検査は、検査ガスの援助なしで実行される。さらに、フィルムチャンバと全圧センサとの間の直接のガス交換は要求されない。したがって、ガスは、漏れ口から全圧センサまで流れる必要はない。
【００４０】
検査チャンバ自体は、単一のフィルムまたは複数のフィルムによって構成され得る。この測定方法の特別の特徴は、最小の容積と最低の作動圧力との間の矛盾が、同時に被検査物を保護しながら、解決される、ということである。さらに、全圧測定による検査のおかげで、漏れ口からセンサまでのガスの供給は要求されない。
【００４１】
要約すると、それによって、次の問題が解決される。
・  低い作動圧力と被検査物の同時の保護との間の矛盾が解決される。
・  到達され得る作動圧力は、温度ドリフトを著しく減少させ、測定可能な漏れ速度を増加させる。
・  小さな容積のおかげで、漏れによって引き起こされるチャンバ内の圧力上昇は、最大になり、また、測定信号も最大になる。
・  容積を自ら最小限にするせいで、チャンバはより速く排気される。
・  ガスの流れは、漏れ口と全圧センサとの間に存在する必要が無い。
【００４２】
図１に示すように、柔軟な食品パッケージの形をしている被検査物１２が、フィルム１６によって形成された検査チャンバ１４内に置かれる。図２に示すように、フィルム１６は、分離した２つのフィルム部分によって形成されている。それらの２つのフィルム部分の間に被検査物１２が置かれて、被検査物１２が２つのフィルム部分によって完全に包み込まれる。
【００４３】
図１は、上記２つのフィルム部分の重ね合わされた縁部がクリップ１８によって互いの上に押圧されることを示している。これにより、ガスは、フィルム部分の間から検査チャンバ１４外へ漏れることができない。
【００４４】
フィルム１６の内側には、被検査物１２を包み、かつ被検査物１２とフィルム１６の間のガスの流れを可能にする不織布の層が設けられている。フィルム１６が被検査物１２に密にはりつく場合であっても、検査チャンバ１４の完全な排気を達成できることを可能にするためである。
【００４５】
検査チャンバ１４は、連結チャネル２２を通して真空ポンプ２４に連結されている。真空ポンプ２４と検査チャンバ１４との間の連結チャネル２２内に、遮断弁２６が配置されている。この弁は、真空ポンプ２４から検査チャンバ容積を分離するために働く。遮断弁２６と真空ポンプ２４との間に、検査チャンバ１４を換気するための通風弁２８が設けられている。
【００４６】
連結チャネル２２から、さらなる連結チャネル３０が、検査チャンバ１４と遮断弁２６との間で分岐している。その連結チャネル３０は、検査チャンバ容積を全圧測定装置３２の圧力センサに連結している。連結チャネル３０内に吸収体３４が設けられ、吸収体３４と検査チャンバ１４との間に遮断弁３６が設けられている。遮断弁３６が開いている場合、吸収体３４の吸収体材料は検査チャンバ容積と連結される。その吸収体材料は、検査チャンバ１４の内壁領域での水の脱離の影響を低減するように、吸水性のゼオライトであるのが好ましい。検査チャンバ１４の排気、および／または検査チャンバ１４の換気に際して、吸収体３４の吸収能力を保存するために、遮断弁３６は閉じられる。
【００４７】
図３は、検査チャンバ１４が折り畳まれたフィルムによって形成される実施形態を示している。被検査物１２の周りでフィルム１６を折り畳むことによって、検査チャンバ１４は閉じられる。
【００４８】
図４中の実施形態では、フィルム１６は、検査チャンバ１４を形成するために、その両端で閉じられているホースである。
【００４９】
図５中の実施形態では、検査チャンバ１４は、被検査物１２を保持する袋状のバルーンの態様に形作られたフィルム１６によって形成されている。そのバルーンの開口端は、検査チャンバ１４を閉じるために、例えば図１中に示したようなクリップ１８によって、閉じられ得る。
【００５０】
図６は、１０秒の測定区間中の、フィルムチャンバ内での圧力進行の２つの曲線を示している。ここで、破線の曲線はタイト（tight）な被検査物のものであり、一方、連続的な曲線は漏れやすい（leaky）被検査物のものである。図６に示すように、圧力上昇は、測定区間全体にわたって、タイトな被検査物について、漏れやすい被検査物よりも大きくなり得る。さらに、或る瞬間での圧力上昇、すなわち時間に関する圧力進行の１次微分は、タイトな被検査物について、漏れやすい被検査物よりも大きくなり得る。この理由は、それぞれ、フィルム材料から、および不織布からの、ガス脱離の程度の差である。これらの前提条件下では、単一の値（例えば、圧力上昇、または、測定区間の開始と終了との間の全圧差）が、タイトな被検査物と漏れやすい被検査物のための明瞭な基準を提供しない、ということが有り得る。この問題は、例えば、定められた時間の傾斜または曲率のような、様々なカーブ特性を参照するパターン認識によって、解決され得る。
【００５１】
図７には、１０秒（測定区間の終了）の後の圧力上昇についての値、および５秒（測定区間の半分）の後の圧力上昇についての値がプロットされている。ｘ軸には、測定区間の半分（５秒）の後の圧力上昇価値が示され、また、ｙ軸には、測定区間の終了（１０秒）の後の圧力上昇価値がプロットされている。パターン認識は、測定値のグループを検知するために用いられる。ここで、第１のグループは、漏れやすい被検査物の測定値について検知され、十字として示されている。また、第２のグループは、タイトな被検査物の測定値について検知され、ドットとして示されている。図７の中の破線は、漏れやすいとして分類された被検査物の値を表している。タイトな被検査物と漏れやすい被検査物の割り当て又は分類のために、パターン認識の数学的な方法は、例えばＬＤＡ（線形判別分析（Linear Discriminant Analysis））のような方法に戻ることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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