ОБНАРУЖЕНИЕ УТЕЧЕК
LEAK DETECTION

Изобретение касается устройства и способа обнаружения утечек у укупоренных емкостей с помощью инспекционного устройства, которое конфигурировано для того, чтобы определять вспучивание укупорки укупоренных емкостей.
В пищевой промышленности, промышленности по производству напитков и фармацевтической промышленности есть разные способы проверки герметичности укупоренных емкостей. При этом обычно применяемые укупорки емкостей из белой жести могут, например, приводиться в колебание посредством электромагнитных или акустических способов. Тогда по поведению колебания укупорок можно судить о правильной посадке и герметичности укупорки емкости.
У напитков, содержащих углекислоту, в правильно укупоренных емкостях возникает, кроме того, избыточное давление. Это избыточное давление приводит к тому, что упругие укупорки емкостей, такие как, например, кронен-пробки, слегка вспучиваются наружу. Это характерное вспучивание может определяться оптическим путем посредством 2D- или 3D-технологии. Если вспучивание не обнаруживается, это может быть объяснено негерметичностью емкости.
В последнее время напитки, содержащие углекислоту, все чаще снабжаются так называемыми укупорками с ручкой-кольцом (англ. Pullring). Эти укупорки с ручкой-кольцом обычно изготовлены из легкого металла, такого как алюминий, и могут открываться конечным потребителем рукой без помощи открывающих вспомогательных средств. Вследствие того факта, что алюминий не магнитен и гораздо мягче, чем традиционно применяемый материал для укупорок емкостей, рассмотренные выше акустические и электромагнитные способы тестирования на утечки применяться не могут. Поэтому определение вспучивания укупорки в настоящее время является многообещающим методом проверки герметичности таких емкостей.
Итак, недостаток этих алюминиевых укупорок заключается в том, что однажды появившееся вспучивание укупорки не исчезает само по себе, когда давление внутри емкости падает. Эта ситуация может, в частности, возникать тогда, когда укупорка емкости имеет достаточно малую утечку, или когда утечка возникла только в ходе процесса розлива. То есть если у таких алюминиевых укупорок обнаруживается вспучивание, это означает именно то, что после укупорки имелось определенное давление внутри емкости. Но нельзя с уверенностью судить о том, имелось ли также еще достаточное давление внутри емкости в момент времени инспектирования.
Поэтому в основе настоящего изобретения лежит задача, предоставить устройство и способ, при которых тестирование на утечки у легкометаллических укупорок емкостей может проводиться более надежно. Другая задача изобретения заключается в том, чтобы предоставить устройство и способ, при которых тестирование на утечки может проводиться непрерывно, то есть без прерывания при этом непрерывной транспортировки емкостей в процессе производства или, соответственно, розлива.
Поэтому в соответствии с изобретением предлагается устройство с признаками по п.1 формулы изобретения. Это устройство для обнаружения утечек укупоренных емкостей включает в себя инспекционное устройство, которое конфигурировано для того, чтобы определять вспучивание укупорки укупоренных емкостей, и анализирующее устройство, с помощью которого вспучивание укупорки сравнивается с заданным значением. Устройство включает в себя также устройство для создания давления, с помощью которого каждая укупорка емкости перед инспектированием сплющивается. Причем это устройство для создания давления включает в себя актуатор, с помощью которого на каждую укупорку емкости локально снаружи оказывается давление.
У правильно укупоренных емкостей вследствие давления внутри емкости после сплющивания снова будет образовываться характерное вспучивание. У негерметичных емкостей, в отличие от этого, повышенного или только более низкого внутреннего давления нет, и поэтому не будет образовываться никакое или только меньшее вспучивание.
Устройство и способ настоящего изобретения подходят, в частности, для обнаружения утечек у укупоренных емкостей для напитков. Причем эти емкости для напитков могут представлять собой любую обычно применяемую емкость для напитков из стекла, полимерного материала, ПЭТ (полиэтилентерефталат) или других подходящих материалов. Эти емкости для напитков имеют обычно по существу цилиндрическую форму и имеют на своей верхней стороне укупориваемое, круглое горловинное отверстие.
Это горловинное отверстие емкостей для напитков может быть при этом снабжено, в частности, металлической укупоркой. Настоящее изобретение подходит, в частности, для проведения обнаружения утечек у емкостей для напитков, у которых укупорки емкостей изготовлены из легкого металла, такого как алюминий или легкометаллические сплавы.
Вспучивание укупорок емкостей предпочтительно определяется посредством оптического инспекционного устройства. Подходящими оптическими инспекционными устройствами являются сканер расстояний между точками или 2D/3D-лазерный сканер.
При этом нет необходимости точно определять все очертание вспучивания укупорки емкости. Сканер расстояний между точками находит, например, только высшую и низшую точку верхней стороны укупорки. Вследствие симметрии укупорок емкости у годных укупорок высшая точка находится в середине укупорки. Тогда разность высот между высшей и низшей точкой на верхней стороне укупорки является мерой высоты давления внутри емкости.
Более высокая точность достижима с помощью коммерчески доступных 2D- или 3D-лазерных сканеров. При этом либо определяется профиль линии через среднюю точку укупорки емкости (2D-лазерный сканер), либо составляется полный профиль высоты укупорки емкости (3D-лазерный сканер). Тогда из этих данных может еще точнее определяться давление внутри емкости.
В соответствии с изобретением перед оптическим инспектированием укупорка емкости сплющивается посредством устройства для создания давления. При этом выражение «сплющивается» означает, что укупорка емкости сдавливается так, чтобы она распространялась по существу параллельно плоскости, заданной горловинным отверстием емкости.
Устройство для создания давления предпочтительно расположено непосредственно перед инспекционным устройством. При этом устройство для создания давления может быть устройством, которое служит исключительно цели сплющивания укупорок емкостей, подлежащих проверке. Это может достигаться с помощью любого устройства для создания давления, включающего в себя актуатор, с помощью которого на каждую укупорку емкости локально снаружи оказывается давление. Этот актуатор выполнен так, что он может приставляться в верхней стороне укупорки. Для этого могут применяться, например, чисто механические устройства для создания давления, а также механические устройства для создания давления, имеющие гидравлические, пневматические или гидромеханические элементы. Актуатор может представлять собой, например, также струю текучей среды, которая направляется на укупорки емкостей, чтобы тем самым локально снаружи оказывать давление на каждую укупорку емкости. Подходящими для этого текучими средами могут быть, например, воздух или вода.
Устройства для создания давления в соответствии с настоящим изобретением являются такими устройствами, которые подходят для создания на верхнюю сторону укупорки положительного давления, которое компенсирует давление внутри емкости, так что укупорка емкости распространяется параллельно плоскости, заданной горловинным отверстием емкости.
В принципе, не важно, чтобы укупорка емкости полностью сплющивалась, и в момент сплющивания она распространялась точно в плоскости, заданной горловинным отверстием емкости. Для определения, достаточно ли высоко давление внутри емкости, так что можно делать заключение о правильно укупоренной емкости, достаточно, если на укупорку емкости действует значительное давление. Это давление может примерно соответствовать ожидаемому давлению внутри емкости. Но во многих случаях может быть также достаточно, если оказываемое на укупорку давление отклоняется от ожидаемого давления внутри емкости на величину до +/-30% или на величину до +/-50%.
В одном из вариантов осуществления устройство для создания давления может включать в себя в качестве актуатора пуансон, который приставляется к верхней стороне каждой укупорки емкости. Этот пуансон имеет предпочтительно диаметр, который равен или больше наружного диаметра емкости в области горловинного отверстия. При этом размер контактной поверхности пуансона гарантирует, что укупорка емкости может максимально сдавливаться настолько, чтобы укупорка емкости распространялась совершенно плоско, то есть параллельно плоскости, заданной горловинным отверстием емкости.
В современных установках розлива промышленности по производству напитков емкости транспортируются со скоростями бутылок до нескольких 10000 емкостей в час. Подача давления у устройства для создания давления в соответствии с настоящим изобретением может осуществляться в течение очень короткого промежутка времени. Поэтому во время транспортировки на укупорки емкостей может подаваться давление.
Устройство для создания давления может быть также интегрировано в дополнительное устройство для обработки емкости. Предпочтительно устройство для создания давления может быть предусмотрено, например, в устройствах для обработки емкостей, в которых обследуемые емкости удерживаются за их горловинную область. При этом удерживающее устройство может быть выполнено так, чтобы оно одновременно служило для сплющивания укупорки емкости.
Одним из подходящих устройств для обработки емкостей, у которого емкость удерживается, будучи зажата между ее горловинной областью и областью дна, является, например, этикетировщик. В этикетировщиках емкости зажимаются между так называемым тюльпаном для емкости и областью дна, благодаря чему область боковой стенки тогда по существу свободно доступна, так что она может снабжаться этикеткой емкости. При этом тюльпаны для емкостей образуют полое цилиндрическое гнездо для области укупорки емкостей. Причем эти тюльпаны для емкостей могут модифицироваться так, что они не только надежно вмещают в себя емкость, но и при этом одновременно оказывают давление на укупорку емкости и сплющивают ее, например, к горловинному отверстию емкости. Устройство для создания давления может быть выполнено, например, в виде вставки в тюльпан для емкости, которая служит для того, чтобы укупорка емкости сплющивалась во время этикетирования.
Настоящее изобретение касается также способа обнаружения утечек укупоренных емкостей. При предлагаемом изобретением способе укупорка емкости сплющивается посредством оказания давления. При этом устройство для создания давления включает в себя актуатор, с помощью которого на каждую укупорку емкости локально снаружи оказывается давление. После этого емкость подается для инспектирования укупорки емкости к инспекционному устройству, в котором определяется вспучивание укупорки емкости. Затем это вспучивание укупорки емкости сравнивается с заданным значением. Если вспучивание меньше, чем предопределенное пороговое значение, то это расценивается как знак того, что емкость или укупорка емкости негерметична. Тогда такая емкость отбраковывается из процесса розлива.
Предлагаемый изобретением способ пригоден, в частности, для обнаружения утечек укупоренных емкостей, которые изготовлены с использованием укупорок емкостей из легкого металла или легкометаллических сплавов. В частности, этот способ пригоден для контроля так называемых укупорок с ручкой-кольцом из алюминия.
В связи со свойствами их материала укупорки из алюминия или алюминиевых сплавов не могут обследоваться электромагнитными или акустическими методами. Определение вспучивания укупорки хотя и применимо, в принципе, у алюминиевых укупорок, однако упругость алюминия очень низка, так что однажды вспученные укупорки сами по себе снова не ложатся плоско на отверстие емкости, когда давление внутри емкости ослабевает. По этой причине даже у емкостей, которые имеют относительно малые утечки, или которые стали негерметичными только в процессе розлива после укупорки, имеется выраженное вспучивание укупорки. Такие емкости традиционно расценивались бы как годные. С помощью настоящего изобретения можно распознавать и такие негерметичные емкости и отбраковывать из процесса розлива.
Далее настоящее изобретение описывается подробнее с помощью прилагаемых чертежей. При этом показано:
фиг.1: схематичный фрагмент линии розлива;
фиг.2: укупорка с ручкой-кольцом по уровню техники;
фиг.3: горловина емкости, укупоренная укупоркой с ручкой-кольцом, и
фиг.4: тюльпан для емкости этикетировщика с модификацией и без.
На фиг.1 схематично изображен фрагмент линии розлива, в которой емкости 10 наполняются содержащим углекислоту продуктом и после этого снабжаются укупоркой 12 с ручкой-кольцом. Для этого очищенные, пустые емкости 10 сначала транспортируются к устройству 14 розлива. Затем наполненные желаемым продуктом емкости 10 воздухонепроницаемо укупориваются в укупорщике 16 посредством укупорки 12 с ручкой-кольцом. Наконец, емкости 10 еще в этикетировщике 18 снабжаются этикетировкой для идентификации содержимого емкости.
В завершение емкости 10 подвергаются охватывающему окончательному контролю, при котором в нескольких инспектирующих устройствах 20, 22, 24 исследуются разные свойства наполненной, укупоренной емкости 10. В контрольном устройстве 26 оцениваются результаты инспектирования емкостей. В оборот вводятся только такие емкости 10, которые соответствуют требуемым критериям качества. Емкости 10, которые имеют дефект, в отличие от этого, отбраковываются из процесса розлива посредством выводящего устройства 28 и утилизируются.
Одним из критериев качества, которые используются в окончательном контроле, является проверка герметичности емкостей 10. В зависимости от типа емкости и типа укупорки, специалисту знакомы разные методы обнаружения утечек. Несколько ограничены возможности обнаружения утечек при применении укупорок 12 с ручкой-кольцом из алюминия. Так как алюминий не магнитен и относительно мягок, традиционные методы обнаружения утечек, которые работают с акустическим или электромагнитным возбуждением укупорок емкостей, применяться не могут. Поэтому для обнаружения утечек у емкостей 10 для напитков, в которые укупориваются продукты, содержащие углекислоту, с помощью укупорок 12 с ручкой-кольцом, в инспекционном устройстве 24 обследуется вспучивание укупорок 12 с ручкой-кольцом. У воздухонепроницаемо укупоренных емкостей 10 возникает избыточное давление, которое приводит к выпучиванию укупорки 12 с ручкой-кольцом.
Обычно применяемая укупорка 12 с ручкой-кольцом по уровню техники изображена на фиг.2. Эта укупорка 12 с ручкой-кольцом имеет боковую лапку или ручку-кольцо, за которую пользователь может тянуть, чтобы открыть укупорку. Для облегчения открытия укупорка 12 с ручкой-кольцом изготовлена из алюминия. Дополнительно укупорка 12 с ручкой-кольцом может быть также снабжена выштампованными линиями 15, благодаря чему еще больше облегчается открытие.
На фиг.3 изображено поперечное сечение укупоренной головки емкости, имеющей укупорку 12 с ручкой-кольцом. Эта укупорка 12 с ручкой-кольцом в горловинной области 30 емкости 10 по всему периметру горловины прилегает с торцевой стороны к стенке 32 емкости и покрывает при этом все отверстие 34 емкости. Однако вследствие давления внутри емкости укупорка 12 с ручкой-кольцом распространяется не через заданную отверстием 34 емкости плоскость, а укупорка 12 с ручкой-кольцом выдавливается наружу и поэтому слегка выпучена.
Мягкий материал, из которого изготовлены укупорки 12 с ручкой-кольцом, с одной стороны, облегчает пользователю открытие укупорки. С другой стороны, недостаточная упругость укупорок 12 с ручкой-кольцом приводит к тому, что возникшее вследствие давления внутри емкости вспучивание укупорки 12 с ручкой-кольцом не исчезает само по себе, когда давление внутри емкости уменьшается из-за маленькой утечки в ходе процесса розлива.
По этой причине в инспекционном устройстве 24 на укупорку 12 с ручкой-кольцом перед обнаружением утечек кратковременно оказывается давление, которым укупорка 12 с ручкой-кольцом сплющивается. Это оказание давления осуществляется в изображенной на фиг.1 линии розлива в этикетировщике 18. В этикетировщике 18 отдельные емкости удерживаются, будучи зажаты каждая между их областью дна и горловины, так что боковая стенка емкости свободно доступна и может снабжаться желаемой этикетировкой. При этом в горловинной области емкости удерживаются в тюльпане для емкости.
На фиг.4a изображен такой тюльпан 40 для емкости. Он включает в себя основание 42 и адаптер 44 для емкости, на нижней стороне которого предусмотрено полое цилиндрическое гнездо 46 для горловинной области емкостей 10. Как можно различить на фиг.4a, тюльпан 40 для емкости контактирует только с торцевой стенкой емкости в горловинной области емкости. Поэтому укупорка 12 с ручкой-кольцом сохраняет свое вспучивание.
На фиг.4b изображен модифицированный тюльпан 40 для емкости, при этом модификация заключается в том, что предусмотрена вставка 48, которая установлена в полом цилиндрическом гнезде 46. Итак, когда емкость 10 помещается в модифицированный тюльпан 40 для емкости и зажимается, вставка 48 способствует тому, что дополнительно оказывается также давление на вспученную укупорку 12 с ручкой-кольцом, так что она сплющивается, пока емкость помещена в модифицированный тюльпан для емкости.
После этикетировщика 18 емкости перемещаются к нескольким инспекционным устройствам 20, 22 и, в частности, к оптическому инспекционному устройству для проверки вспучивания емкости.
У емкостей 10, которые имеют утечку, разность давлений между внутренней областью емкости и окружающей средой отсутствует или понижена, так что в этикетировщике 18 сплющенная укупорка 12 с ручкой-кольцом после этого совсем больше не выпучивается или выпучивается очень мало. Тогда это отсутствующее или слишком малое выпучивание распознается в оптическом инспекционном устройстве 24, и емкость 10 может тогда отбраковываться из процесса розлива.
Если емкость 10, в отличие от этого, воздухонепроницаемо укупорена, то достаточно высокое давление внутри емкости способствует тому, чтобы сплющенная укупорка 12 с ручкой-кольцом после выхода из этикетировщика 18 снова приобретала прежнее выпучивание. Емкость 10, которая имеет укупорку 12 с ручкой-кольцом, имеющую достаточное вспучивание, считается воздухонепроницаемой и может выпускаться в продажу.
СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
10 Емкость
12 Укупорка с ручкой-кольцом
13 Ручка-кольцо
14 Устройство розлива
15 Выштампованная линия
16 Укупорщик
18 Этикетировщик
20 Инспекционное устройство
22 Инспекционное устройство
24 Оптическое инспекционное устройство
26 Контрольное устройство
28 Выводящее устройство
30 Горловинная область
32 Стенка емкости
34 Отверстие емкости
40 Тюльпан для емкости
42 Основание
44 Адаптер для емкости
46 Полое цилиндрическое гнездо
48 Вставка