用于泄漏检测的方法和设备

摘要

本发明涉及一种用于检测在容纳食品或医药品形式的产品的密封包装中的泄漏的方法和设备。该泄漏检测设备包括：测试站，由运输装置将包装定位在该测试站中；以及施力装置，该施力装置被布置为将预定量的压力施加到定位于测试站中的包装上。该设备进一步包括：连续地操作的抽吸装置，该抽吸装置被布置为抽吸周围空气使之经过包装上的待测试的密封部；以及气体传感器，该气体传感器被定位于由抽吸装置抽走的周围空气的气流中并被布置为发送取决于周围空气中所检测的测试气体浓度的信号。

权利要求

1.一种用于包装(P3)的泄漏检测设备，所述包装(P3)容纳有测试气体，所述泄漏检测设备被定位为与用于运输所述包装(P3)的运输装置(4)邻近，所述设备包括测试站(3)，由所述运输装置(4)将包装定位在所述测试站中，其中所述包装(P3)被布置为当被定位在所述测试站(3)中时具有高于周围压力的内部压力，其特征在于，所述设备包括：

气体传感器(11)，所述气体传感器被定位为与围绕所述包装的待测试的部分的周围空气气体连通，其中所述传感器被布置为检测在所述周围空气中的测试气体的浓度并且发送表示所述浓度的信号，以及电子控制单元(ECU)，所述电子控制单元被布置为接收来自所述气体传感器(11)的所述信号，其中所述电子控制单元(ECU)被布置为确定关于所述周围中的测试气体的浓度的瞬时斜率值，布置为随时间监测瞬时斜率值并且如果瞬时斜率值超过先前监测的瞬时斜率值则产生故障信号。

2.根据权利要求1所述的泄漏检测设备，其特征在于，所述设备包括连续地或间歇地操作的抽吸装置(8)，该抽吸装置被布置为抽吸周围空气使之经过所述包装(P3)上的待测试的密封部(9)。

3.根据权利要求2所述的泄漏检测设备，其特征在于，所述连续地操作的抽吸装置(8)设置有与所述密封部(9)的形状相符合的导流装置。

4.根据权利要求3所述的泄漏检测设备，其特征在于，所述导流装置被布置为在所述密封部的外围周围延伸并且在所述包装(P3)上方越过所述密封部(9)延伸一段预定距离。

5.根据权利要求2-4中任一项所述的泄漏检测设备，其特征在于，所述气体传感器(11)被定位在由所述抽吸装置(8)抽走的周围空气的气流中。

6.根据权利要求2-4中任一项所述的泄漏检测设备，其特征在于，布置有封闭所述密封部(9)的开放式罩，所述罩被布置为与所述密封部的形状相符合。

7.根据权利要求2-4中任一项所述的泄漏检测设备，其特征在于，布置有向定位在所述测试站(3)中的所述包装(P3)的至少一侧上施加预定压力的施力装置(21、22)。

8.根据权利要求7所述的泄漏检测设备，其特征在于，所述施力装置(21、22)被布置为在所述包装的相对侧上接触所述包装并且将预定压力或力邻近所述密封部(9)地施加到所述包装。

9.根据上述权利要求2-4中任一项所述的泄漏检测设备，其特征在于，所述包装(P3)被定位于所述测试站(3)中，所述包装的被密封部分朝向上方，以使所述包装中的测试气体保持与待测试的所述密封部邻近。

10.根据权利要求1-4中任一项所述的泄漏检测设备，其特征在于，所述泄漏检测设备被布置为测试易弯管形式的包装。

11.根据权利要求1-4中任一项所述的泄漏检测设备，其特征在于，被测试的所述包装容纳有易腐产品，所述易腐产品为食品、医药品或化学产品或化妆产品的形式。

12.一种用于检测在容纳食品或医药品形式的产品的包装中的泄漏的方法，所述包装容纳有预定浓度的测试气体，其特征在于，执行以下步骤：-将包装(P3)放置在测试站中，由此气体传感器(11)定位为与围绕所述包装的待测试的部分的周围空气气体连通，-将预定量的压力施加到所述包装上，

-利用所述传感器确定关于围绕包装的周围空气中的测试气体的浓度的瞬时斜率值，以及-随时间监测关于围绕待测试的包装的周围空气中的测试气体的浓度的瞬时斜率值，以及-如果瞬时斜率值超过先前监测的瞬时斜率值，则产生故障信号。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，通过抽吸装置(8)抽吸周围空气使之经过所述传感器(11)。

14.根据权利要求12或13所述的方法，其特征在于，如果单个包装的瞬时斜率值超过先前监测的瞬时斜率值，则产生促使将泄漏包装丢弃的第一控制信号。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，如果预定数量的包装的瞬时斜率值中每个瞬时斜率值均超过先前监测的瞬时斜率值，则产生促使包装过程停止的进一步的控制信号。

16.一种包装机，包括用于填充连续产品的填充站(1)和用于密封所述产品的密封站(2)，其特征在于，所述包装机在所述密封站(2)后面进一步包括根据权利要求1所述的泄漏检测设备。

说明书

用于泄漏检测的方法和设备

技术领域

[0001] 本发明涉及一种用于高速测试充气容器中泄漏的方法和设备(arrangement，布置)。这种类型的应用通常在包装行业使用并且本发明旨在全速生产下检测容纳易腐产品(为化妆产品、化学产品或医药产品、牙膏、食品或类似物的形式)的密封包装中的泄漏。根据本发明的该设备允许对在这种包装上的密封部(seal)的完整性和密封性的高速、在线、无损坏测试。

背景技术

[0002] 众所周知，通过将在填充产品后余留在包装中的自由空间中的气体调节，而延长和维护易腐产品的保质期。在调节气体包装(MAP，调气包装)中所使用的最常见气体是氮气、CO2和氧气或它们的混合物。氧气主要用于使鲜肉保持红色或控制水果和蔬菜的成熟率，而氮气和CO2用于减少氧气的老化效应并减少在众多产品中微生物的好氧生长。

[0003] MAP中的包装材料可以是任一实质上的气密材料，包括塑料膜或涂层、涂膜纸和薄金属箔。

[0004] 由于生产故障或由于后来的损伤而导致的包装中的泄漏将促使调节气体的至少部分损失并且预测的保质期可能会缩短。

[0005] 泄漏的常见原因是：在采用焊接或其他技术进行封闭之前，产品残留物或飞溅物沉淀在密封表面上。因此对不同泄漏直径的影响的研究假定了几毫米级的泄漏路径的长度。

[0006] 根据包装的容纳物和目的，食品工业的最大容许泄漏直径的范围为从5到150μm。

[0007] 对于MAP来说，旨在防止微生物生长和无菌氧化和防腐剂含量最大值，该泄漏直径通常被观察到在5-25μm的范围内，而对于具有较短保质期的即食食品的容许泄漏在30-50μm的范围内。

[0008] 主要容易受到霉菌生长和湿度变化的烘烤和干燥商品通常能容忍50到130μm的泄漏直径。

[0009] 已存在各种泄漏检测设备，并且在某些情况下，这些泄漏检测设备还用来防止泄漏包装到达商店货架上。

[0010] 许多已知方法中的常见限制是，它们不能对以超过每分钟30个包装的全生产线速度的各个包装上被引用的泄漏直径执行100％的测试。该问题可通过离线点测试或者通过对在同一测试周期中合适数量的包装进行分批测试而被规避。

[0011] 一种提高测试能力的可能方法是提供大量的平行测试设备，每个都以低速工作但共同地匹配填充线的周期时间。

[0012] EP 0 894 252B1披露一种泄漏测试方法，据称能“非常快地，通常在约一秒中”执行单个包装测试，指示高达每分钟60个包装的测试容量。

[0013] 在EP 0 894 252 B1中披露的该方法采用稀释氢气作为示踪气体。氢气和氦气通常用作泄漏测试的示踪气体。这些气体的一个问题是它们通过聚合物薄膜和在包装材料中用作气体屏障的其他包装材料的相对较高的扩散速率。如果示踪气体通过包装的非泄漏壁扩散，则存在泄漏检测设备将检测到不是包装完整性问题的扩散泄漏的风险。该问题可被克服，如果填充气体和泄漏测试之间的时间足够短，这样在气体渗透穿过屏障材料之前执行泄漏检测。该穿透时间是在几秒到几分钟的数量级上，这取决于所使用的材料和膜的厚度。

[0014] 在EP 0 894 252 B1中披露的该方法实际上未被证明达到所承诺的生产速度。其主要原因是：

[0015] -所提出类型的传感器(钯膜)的响应时间对于高速泄漏测试来说太长。对于几乎所有市售氢传感器，这都是事实。

[0016] -所提出的传感器的恢复时间太长。恢复时间在1-10秒的数量级上，对于大多数市售传感器，这也是事实。

[0017] -在检测到更大的泄漏之后，存在传感器呈现下降的灵敏度的时期，这意味着在检测到大的泄漏之后存在一段通常15-90秒的时期，在这段时期内传感器不能检测较小的泄漏

[0018] 传感器的响应时间被定义为，当暴露在一定浓度的气体中时，传感器达到90％的最终信号值所需的时间。大多数市售氢传感器的通常响应时间是在5-30秒的数量级。即使响应时间减少算法，对于通常在EP08942528所使用的浓度值，通过市售传感器所实现的响应时间从未低于一秒。

[0019] 反应时间，其为达到10％的全信号的时间，通常被引用并且常被错误地称为“响应时间”。对于最好的市售传感器，反应时间可以降到0.1秒。

[0020] 对于低浓度来说，反应时间和响应时间通常更长。这是由于在传感器壳体内和在传感器的活性物质内的扩散过程。在传感器壳体内和在传感材料内的气体的浓度增加的速率越慢，处在传感器前面的浓度梯度越低，这导致对于低浓度来说越慢的反应和响应。

[0021] 一种减少反应时间和响应时间的办法是在更高的温度下操作传感器。随着气体被加热，这增强了气体在壳体内的扩散，并且在传感材料中的扩散同样被增强，由此减少了响应时间和恢复时间。然而，这种传感器总被安装在更大的壳体中，以减少热能损失并确保所使用的材料不被破坏。因此关于响应时间的大部分改进都在系统层面上损失，并且达到在行业内所希望的生产率是仍有问题的。

[0022] 另一种减少反应时间和响应时间的方式是使气体从传感器壳体外侧的流路扩散进入实际传感材料的表面所需要的距离最小化。对于响应时间来说，在传感材料内的扩散也起非常重要的作用。

[0023] EP 0 894 252B1采用了其中放置有包装的腔室。腔室随后被关闭并且被抽吸有限的负压。该文献指出，与用于气体测试的先前设备中所使用的水平相比，该有限的真空水平可快速地实现并且利用低成本装置。该包装应在腔室中保存声称的0.5-60秒的范围内的停留时间。

[0024] EP 0 894 252B1没有明确解释构成总周期时间的不同步骤。总周期包括至少以下的步骤：

[0025] 1)包装的装载。将包装移动到位并关闭腔室。

[0026] 2)腔室压力降低。

[0027] 3)采样时间。将示踪气体从泄漏的出口处带到传感器正前方的位置所需的时间。

[0028] 4)传感器的反应时间。

[0029] 5)传感器响应时间。由传感器算法或电路判定泄漏水平所需要的时间。这是信号被记录或跟踪以给出用于对泄漏量级的合理估计的足够信息的这段时间。

[0030] 6)在有泄漏信号的情况下，腔室冲洗(flushing，刷新)且传感器恢复。

[0031] 7)卸载该包装。

[0032] 于是在EP 0 894 252B1中所提到的停留时间似乎包括步骤3到5。

[0033] 通过让这些步骤平行实施，可以部分地减少这些步骤的一些所需要的时间。例如，明显的是，可以在与卸载已测试的包装的相同顺序下，实施下一个包装的装载。这种优化的另一个实例是允许在卸载/装载步骤期间进行一些传感器恢复时间。

[0034] 然而，即便有最好的实践，也需要额外的时间用于降低腔室中的压力，并且最重要的是，用于真正的传感器恢复。传感器恢复时间长且经常不可完全地预测。这对自动化系统造成了大的限制，因为该过程不能以恒定的速度运行。

[0035] 因此，在EP 0 894 252B1中披露的该发明不能满足快于在当今工业中所要求的每分钟60个包装的生产速度。甚至怀疑是否可以达到每秒30个包装的速度。

[0036] 这意味着仍然存在对用于容纳化妆产品、化学产品或医药产品、牙膏、食品或类似物形式的易腐产品的包装的耐用、快速和可靠的泄漏测试方法和设备的需求。在其他领域(例如在制冷和汽车行业中)，也存在对于高速测试的类似需求。

发明内容

[0037] 本发明的一个目的是提供一种用于检测在容纳以化妆产品、化学产品或医药产品、牙膏、食品或类似物形式的液体或糊状产品的密封包装中的泄漏的新颖设备和方法。本发明的进一步目的是提供一种对柔软、易弯(pliable，柔韧)和半硬的包装、容器和其他中空物体的耐用、快速且可靠的泄漏测试设备。该目的是通过一种如所附权利要求描述的设备而实现的。

[0038] 本发明基于当测试气体从测试对象泄漏时由气体传感器所检测的测试气体的使用。本发明的全部优点是通过组合以下三个特征而实现的，每个特征本身都显著减少了测试时间，并且其组合使得能仅使用一个传感器达到每秒至少四个包装的测试速度。

[0039] ·第一特性是新颖的信号处理程序。

[0040] ·第二特性是开放式罩(open hood)或导流件被施加到待测试泄漏的包装的一部分上。

[0041] ·第三特性是在气体采样步骤期间在包装内创建与周围相比更高压[0042] 力的手段。

[0043] 本发明的范围主要是提供一种用于在软的、易弯和半硬的包装中检测泄漏的设备。本发明特别地适用于测试在软的、易弯和半硬的包装中的密封部或封闭物的泄漏。在下文中，术语“密封部(seal)”将用作包装的待测试的部分。

[0044] 根据一个实施例，本发明涉及一种用于包装的泄漏检测设备，该包装容纳测试气体。该泄漏检测设备被定位为与用于运输该包装的运输装置邻近，该设备包括测试站，由该运输装置将包装定位在测试站中，其中该包装被布置为当定位在测试站中时具有高于周围压力(ambient pressure，环境压力)的内部压力。

[0045] 该设备包括气体传感器，该气体传感器被定位为与围绕该包装的待测试的部分的周围空气气体连通，其中该传感器被布置为检测在所述周围空气中的测试气体的浓度并且发送表示所述浓度的信号。该信号能与所述浓度成正比。该设备进一步包括被布置为接收来自气体传感器的信号的电子控制单元(ECU)，其中该电子控制单元被布置成确定关于周围中的测试气体的浓度的瞬时斜率值，以随时间监测瞬时斜率值并且如果瞬时斜率值超过先前监测的瞬时斜率值则产生故障信号。

[0046] 该泄漏检测设备优选地旨在用于容纳食品、化妆品、牙膏或各种化学产品或医药产品形式的易腐产品的包装中。

[0047] 根据一个实例，该设备进一步包括：连续地或间歇地操作的抽吸装置(suction means)，该抽吸装置被布置为抽吸周围空气使之经过该包装上的待测试的密封部或封闭部；以及气体传感器，该气体传感器被定位在由抽吸装置抽走的周围空气的气流中。导流件被施加在该包装的待检测侧漏的部分上方，以引导空气流经过密封部或封闭部流向气体传感器。导流装置有利地被布置为在该密封部的外周周围延伸并且在该包装上方越过(pass，经过)该密封部延伸一段预定距离。在下文中气体传感器将被称为“传感器”。

[0048] 在抽吸装置前面放置和移除泄漏包装导致气体浓度的快速增加或减少，这导致传感器前面显著的浓度梯度。如上所述，因此，这将导致传感器本身中的气体浓度的快速初始变化。通过评估信号的该初始和快速变化，而不是所产生的传感器的稳态输出信号，有可能实现对实际气体浓度以及进而泄漏的相当好的预测。通过这种方法，速度将不受总响应时间的限制，而相反受反应时间的限制。

[0049] 这种方法的一个限制是，泄漏速率的测量的准确度变得较低。另一个限制是，与长保质期相关的在最高速度下无菌或灭菌包装仍不能被检测到的最小泄漏。然而，通过密封部或封闭部的大多数泄漏显著大于实际所需的限制，显然地，绝大多数泄漏将被检测到，并且产品的整体质量得到了显著增强，即使不能检测到最小的泄漏。

[0050] 如在以上实施例中所描述的本发明的主要优点是，单个对象可在填充之后直接进行测试。这减少了从分批测试的不必要报废并给出过程偏差的即时反馈，给予用于优化生产并保持生产装置的最高可能正常运行时间的宝贵信息。

[0051] 信号趋势的评估是基于对传感器输出信号的斜率变化的测试。这可以在当前测试之前完成，不论信号是具有正或负的趋势或者为恒定的、平的基线。

[0052] 对于本领域的技术人员来说显而易见的是，所述的信号处理程序工作用于给出直接或反向输出信号的传感器，即不论输出信号是随着测试气体浓度的增加而减小(负斜率)或增加(正斜率)。这仅仅是一个寻找正确方向变化的简单问题。同样显而易见的是，传感器的输出信号可以电流、电压、频率、电容或任何其他模拟实体以及光学或数值的形式。

[0053] 为清晰起见，以下描述假定了一种输出信号随不断增加的气体浓度而增加的传感器。正如以上所认为的，当检测到泄漏时，当传感器中气体浓度增加时信号的斜率会变为正值。如果当该信号具有负斜率时，后续的泄漏被检测到，则朝向基线返回，该斜率将变为减少负的程度，并且当传感器中的气体浓度增加时最终变为正值。因此，如上所述，检测斜率值的变化用于当前包装，这表明泄漏存在于刚被移动进入测试站内的包装中。

[0054] 通过将信号斜率中的这种变化与从该包装中泄漏的示踪气体的采样同步来进行高速评估。在第一近似中将泄漏的量级评估为在从该包装泄漏的示踪气体的采样之前和之后的斜率值的差。

[0055] 由于在采用中可能的延迟时间和其他相关因素，调整实际的同步。

[0056] 通过采用薄膜传感器而不是厚膜传感器，而实现测试速度的进一步提高。由于通过该膜的更短的扩散距离，薄膜(例如钯或任何其他铂族金属或其合金)在相同的操作温度下比厚膜更快地达到平衡。

[0057] 为了达到测试的所要求速度，在包装内测试气体中的总压力高于周围压力是有必要的，这样示踪气体被迫流过可能的泄漏。该较高压力可以任何适合方式产生。在一个实施例中，这通过包装密封步骤以下面的方式而产生：该包装的内部体积在已经形成密封之后减小。在另一个实施例中，替代地，通过在气体采样步骤期间在该包装的外部上施力而产生更高压力。这可以通过在包装上施加外力的机械装置而实现。

[0058] 与使用配备有排空装置的腔室相比，机械施力装置是在包装的内部和外部之间产生压差的更快且更容易的方式。

[0059] 该优选实施例是使用被布置为在该包装的一侧上或相对侧上施加预定力的机械压力提高装置。在包装上施加力优选地在密封部或封闭部附近实施。可根据用于运输包装经过泄漏检测设备的输送机的类型来选择施加装置。

[0060] 根据一种替代方案，该运输装置可包括具有预定周期时间和预定停留时间的步进输送机。周期时间固有地总大于停留时间。在这种情况下，施力装置被布置为在输送机的停留时间期间在包装上施加预定力。

[0061] 力可从一侧施加到包装，将该包装按压在固定表面上或同时从两侧施加力，在一对可控执行器之间挤压包装。合适的施力装置的实施例可以为至少一个电动或液体操作的致动器。施力装置的致动的持续时间短于运输装置的周期时间和停留时间并依赖于运输装置的速度。

[0062] 用于传送填充包装(其可被放置在用于测试端部密封部的直立位置中)的运输装置的合适的进给速率为每分钟25-240个(units，单位)。在这些速度下，周期时间可处于0.25-2.5秒的间隔中并且停留时间可在0.15-2秒的间隔中。以下给出了在这种类型的机器中用于不同进给速率的周期时间和停留时间的实施例。

[0063] 实施例1：对于以每分钟25个操作的运输装置，周期时间为大约2.5秒并且施力装置在大约2.0秒的停留时间内被致动。

[0064] 实施例2：对于以每分钟100个操作的运输装置，周期时间为大约0.6秒并且施力装置在大约0.4秒的停留时间内被致动。

[0065] 实施例3：对于以每分钟120个操作的运输装置，周期时间为大约0.5秒并且施力装置在大约0.3秒的停留时间内被致动。

[0066] 实施例4：对于以每分钟240个操作的运输装置，周期时间为大约0.25秒并且施力装置在大约0.15秒的停留时间内被致动。

[0067] 施力装置的致动的持续时间略微短于停留时间，由于包装在力被施加之前必须停下来。压力也必须在停留时间结束之前被释放，这样包装在其被移出测试站时而不被阻碍。用于关闭或打开动作所花费的总时间至少为0.1秒。上述实例中的时间可根据所使用机器的类型而改变。

[0068] 根据第二替代方案，运输装置可包括连续移动的输送机。在这种情况下，施力装置被布置为随着包装在测试区域中以恒定速度被输送经过抽吸装置而在每个包装上施加预定力。该施力装置可包括一对相对的可控致动器，其可平行于运输装置被移动，这些致动器可与运输装置一起移动并随着包装经过抽吸装置而施加预定压力到该包装上，在返回其初始位置之前。可替代地，该施力装置包括一对在该包装的每一侧上以与运输装置相同的速度移动的进一步输送机，该进一步输送机可包括皮带或者滚筒，皮带或者滚筒被布置为随着该包装经过抽吸装置而在预定距离上在所测试的包装上施加预定量的压力。在这种情况下，周期时间由密封部经过抽吸装置所花费的时间所确定。

[0069] 如上所述，该抽吸装置可以连续地或间歇地操作。

[0070] 从速度的角度而言，随着暴露的长度减小，前者通常是更好的。如果浓度足够高，将会存在被限制在传感器壳体内的足够量的气体以允许对泄漏水平的合理估计。

[0071] 间歇地操作的抽吸装置可被设置以顺序地抽吸(样品)、保持和释放气体样品。这种方案从灵敏度观点来说通常更好，由于样本气体可被保持在传感器前面以扩散进入传感器较长时间。

[0072] 该抽吸装置优选地被定位为与位于测试站中的包装的密封部邻近，并且优选地，但不必须被定位在密封部的上方。

[0073] 该抽吸装置可设置有与该密封部的形状相符合的抽吸开口。如果运输装置包括步进输送机，该抽吸开口可具有与密封部的面对所述开口的部分相同的总体形状。然而，抽吸开口的横截面积优选地大于与开口邻近的密封的横截面积。抽吸开口也可以被布置为至少部分地环绕密封部。例如，连续地移动经过测试站的包装可经过导流装置，导流装置包括至少一对相对侧壁和上壁，形成倒U型通道。这种设备对于连续地移动经过测试站的包装来说是优选的。

[0074] 对于间歇地移动经过测试站的包装来说，导流装置可具有与密封部形状相符合的总体形状，以在所有侧面环绕该密封部。根据进一步的实例，导流装置可被定位以在密封部的整个外围周围延伸并且在包装上方越过密封部延伸一段预定距离。导流装置旨在减少环绕密封部的周围空气的体积，这允许相对少量的待检测泄漏气体。与缺乏这种导流装置的设备相比，导流装置也会促使被抽吸经过密封部的周围空气的速度增加。这有助于通过减少气体采样所需的时间提高测试的速度。导流件的另一个重要作用是捕获从相对较大泄漏排出的测试气体的喷射流(jet)。已知这种喷射流能够逃逸而被经过的采样流所捕获。在导流件内侧排出的喷射流将通过导流件的壁被偏转、分解，并因此被采样流所捕获，以及从而被适当地监测。

[0075] 与密封腔室不同的导流布置的进一步优点是：很难在快速且灵活的自动化机器中建立和维持密封腔室。开放式罩/导流件与机械力在包装上的施加的组合将促使以下的结果，即在该包装中的可能泄漏中流出的气体增加。

[0076] 在包装周围具有优化的死空间的导流件单独通过采样流被迅速地清除，并且不需要额外的冲洗装置。

[0077] 一种常规的风扇或其他廉价的空气循环器可用来在较大泄漏之后清洁整个测试区域。这种通风装置可被连续地操作而不需要昂贵的自动控制。

[0078] 这种类型的导流罩而且可以被轻松地，甚至自动地调整，以符合不同类型的包装。如果必须使用密封腔室，这是不可能的。

[0079] 导流件抽吸开口可被定位在所述顶壁中或在与密封部邻近的一个侧壁中。抽吸开口的这个位置可用于步进输送机和连续输送机两者。

[0080] 根据一个实例，该包装被定位在测试站中，包装的密封部分向上，以使包装中的测试气体保持与待测试的密封部邻近。在填充和密封生产线中，该包装优选地在密封站和测试站之间的输送期间被保持在该位置中。当泄漏检测设备被布置成测试易弯管形式的包装(如牙膏管或类似包装)时，通常是这种情况。

[0081] 这些包装通常在填充站中进行填充并立即被移动到后续的密封站。可在密封之前立即通过供应喷嘴将测试气体供应给包装的开口端。这允许密封站被定位在填充站和测试站之间的周围空气中。可选地，密封站定位于包含预定浓度的测试气体的可控空气中。

[0082] 该测试气体可包含0.01-10百分体积的氢气(H2)。测试气体的剩余主要成分为合适的惰性气体，如氮气(N2)或在许多情况下为CO2。

[0083] 根据气体混合物的可燃性标准，混合在氮气中的氢气的可燃性极限为5.7％。因此法规原因，优选使用被标记为非易燃的浓度。然而，应当指出的是，高达10％的氢气浓度通常在不同的工业应用中用于泄漏检测。如果气体平衡为惰性气体或惰性气体的混合，这可安全地实现。使用在理论上的安全限制和10％极限之间的浓度将增加灵敏度并且可常常值得付出安全调查的努力。

[0084] 本发明还涉及一种用于检测在容纳食品或药品形式的产品的包装中的泄漏的方法，该包装容纳预定浓度的测试气体。该方法包括以下步骤；

[0085] -将包装放置在测试站中，由此将气体传感器定位为与围绕包装的待测试的部分的周围空气气体连通，

[0086] -在包装上施加预定量的压力，

[0087] -使用所述传感器对围绕包装的周围空气中的测试气体的浓度确定瞬时斜率值，以及

[0088] -随时间对围绕待测试的包装的周围空气中的测试气体的浓度的瞬时斜率值进行监测，

[0089] -如果瞬时斜率值超过先前所监测的瞬时斜率值，则产生故障信号。

[0090] 根据一个实例，该方法包括将待测试的包装放置为邻近该抽吸装置并通过该抽吸装置抽吸周围空气使之经过传感器。这已经在上面更详细地进行了描述。

[0091] 特别地，该方法涉及：当施加压力时，如果对当前包装确定的瞬时斜率值超过了对先前包装确定的所监测的瞬时斜率值，则产生故障信号。

[0092] 当第一包装离开测试站并且随后的包装进入测试站时和/或当包装受到外部压力时，瞬时斜率值的变化可随着该包装改变位置而发生变化。当在现在被放置在测试站中的随后包装中出现泄漏时，瞬时斜率值可从正值变为更高的正值，或从常数或负值变为正值或更少的负值。

[0093] 通过对表示被抽吸经过每个后续包装上的密封部的周围空气中的测试气体含量的曲线的瞬时斜率值进行监测，而不是测量每个包装的准确浓度，可达到非常短的周期时间。不需要考虑传感器的响应时间，这是由于该方法监测浓度的变化，而不是监测绝对值或阈值。

[0094] 根据一个实施例，该方法涉及通过抽吸装置连续地抽吸周围空气使之经过传感器，以及连续或间歇地对周围空气中的测试气体的含量确定瞬时斜率值。在这种情况下，随着每个后续的包装被移入和移出测试站，或在当压力被施加到包装时的停留时间内，连续地监测周围空气的斜率值的趋势。

[0095] 根据进一步的实例，该方法包括通过抽吸装置间歇地抽吸周围空气使之经过传感器，并间歇地对周围空气中的测试气体的浓度的瞬时斜率值进行监测。在这种情况下，在抽吸装置的操作期间中或在当压力被施加到包装时的停留时间中，能间歇地监测斜率值的趋势。

[0096] 该方法允许达到小于0.5秒的周期时间。如以上的实例中所述，每分钟约120个的速度或进给速率，周期时间可为约0.5秒并且停留时间可为约0.3秒。压力被施加到包装上略短于停留时间的一段时间。

[0097] 当启动运输装置或当没有检测到泄漏时的一段时间之后，当被检测到时，第一泄漏的包装将导致斜率值从恒定值改变到正值。对于在所述第一包装之后立即被检测的每个泄漏包装，斜率值将从负值改变为正值。

[0098] 如果需要的话，可通过为在围绕泄漏检测设备的周围空气中的测试气体的含量的斜率值确定基线来校准该泄漏检测设备。然而，由于该设备可被设置以对所检测的斜率值的变化做出反应，检测瞬时斜率值中的变化是足够的。当ECU检测引起正斜率值的变化时，这表明在当前被定位在该测试站中的包装中的泄漏。

[0099] 该方法可以进一步涉及：如果靠近抽吸装置的单个包装的瞬时斜率值超过了代表连续监测斜率值的曲线的斜率值，则产生促使泄漏包装被丢弃的第一控制信号。在单个包装中的泄漏可能由在密封部区域中的材料缺陷所引起，或者由在制造密封部的区域中的填充材料的液滴或污点所引起。替代地，该密封部的区域可能在封闭包装之前没有被足够加热。在这种情况下，不存在停止包装过程的理由。然而，可发出警告信号给操作者，表明泄漏的包装已被检测到并从运输装置上丢弃。

[0100] 该方法还涉及：如果接连包装的瞬时斜率值超过代表每次后续包装被邻近抽吸装置放置并受到预定压力的连续地或间歇地监测的斜率值的曲线的斜率值，则产生促使包装过程停止的进一步的第二控制信号。多个接连的泄漏包装可表明在密封站中存在故障，这需要运输装置停止以允许实施调整或修理。

[0101] 在操作中，包装线在包装填充站处被填充并被传送到后续的密封站。在密封站中，将从喷嘴供应的一定量的测试气体朝向待密封的包装的开口端引导。测试气体具有防止被填充内容物的氧化以及在随后的泄漏检测设备中作为测试气体的双重目的。该包装然后被合适的密封装置所密封并且然后被传送到泄漏检测设备上。

[0102] 该泄漏检测设备包括抽吸装置，该抽吸装置在测试周期的持续时间中被布置为邻近包装的待测试的密封部分而固定定位。可替代地，待测试的包装的密封部分在测试周期期间被移位经过该抽吸装置。因此测试周期的持续时间取决于间歇地移动的运输装置的停留时间，或者替代地取决于连续地移动的运输装置的恒定速度。当该包装被定位为与测试站中的密封部邻近时，施力装置被致动以邻近密封部施加预定压力到该包装上。这导致在包装中的过压，由此如果在密封部中存在有缺陷，被封闭的测试气体可以逃逸。该方法可检测的孔的尺寸取决于周期时间。例如，如果需要检测非焊接包装或部分焊接密封，即相对大的开口，周期时间可相对较短。为此目的，周期时间可为约0.5秒。通常，与传感器的恢复时间相比的“短”周期时间的定义为小于1秒的周期时间。

[0103] 气体传感器被布置为输出连续的模拟信号，其中所产生的电压与每单位时间的泄漏气体量成正比。如果使用在与运输装置邻近的泄漏检测设备的位置处的周围空气来校准气体传感器的话，这在第一个包装到达测试站之前执行。连续的模拟信号被传送到电子控制单元，或ECU，该电子控制单元被布置为处理并连续地或间歇地监测来自传感器的输出信号。

[0104] ECU包括：A/D转换器，该转换器用于将模拟信号转换成数字信号；以及第一处理器，该第一处理器用于计算关于数字电压信号的表示测试气体的浓度随时间的曲线的瞬时斜率值。ECU被布置成处理并连续地或间歇地监测由A/D转换器所计算的斜率的值。当气体传感器被校准时，ECU将确定关于表示在泄漏检测设备周围的周围空气中的测试气体的含量的曲线的瞬时斜率值。该斜率值表示没有检测到泄漏包装的情况。因此，当ECU接收来自传感器的恒定连续的信号时，该信号具有呈现水平线的已知的基本恒定的斜率值，则没有检测到泄漏包装。

[0105] 然而，当ECU从传感器接收到信号表明在相对于连续或间歇监测信号的斜率值的被检测的瞬时斜率值的变化时，这确定了测试气体的泄漏已经发生。所计算的检测信号的斜率值增加(即为正的斜率值)，表明了在待测试的包装中的泄漏。然后ECU将产生故障信号，该信号被传输到后续的移除单元，该移除单元用于从输送机上移除泄漏的一个包装或多个包装。可替代地，信号可提醒操作员手动地移除包装和/或对泄漏检测设备上游的包装密封单元实施检查。

[0106] 随着从测试区域将包装移除，由抽吸装置抽吸周围空气使之经过传感器，这将稀释泄漏的气体，并促使连续的模拟信号下降。因此，数字信号的斜率值将改变，因为随着泄漏气体的浓度连续地降低，它将减少并最终变为负值。如果后续包装被适当地密封，则泄漏气体将被冲出检测设备，并且来自传感器的输出信号将减少并最终返回到它的初始基线或校准水平。

[0107] 然而，如果具有泄漏密封的多个包装接连通过泄漏检测设备，则来自传感器的输出信号将不会返回到在待测试的每个包装之间的其初始水平。随着外部压力被移除以及包装离开测试站，数字信号的斜率值将开始变化并且泄漏气体的浓度连续地降低。当包装已离开测试站时，当确定关于当前包装的瞬时斜率值超过由所述曲线所代表的连续地或间歇地监测的斜率值时，由所述曲线代表的数字信号的斜率值已增加到最大值并且开始拉平、已经拉平或已经开始减少。随着下一个泄漏包装进入测试区域并受到外部压力，斜率值可从正值变成更高的正值，或从靠近曲线的最大值的基本恒定值变成正值。

[0108] 该方法允许相对较短的周期时间，因为传感器可检测多个接连泄漏的包装而无需被周围空气冲洗干净以将输出信号返回其初始基线或校准水平。

[0109] 如果检测到多个泄漏包装，该信号处理装置将产生进一步的故障信号，例如在预定数量的后续检测的泄漏包装之后。该进一步的故障信号被传送到用于控制填充设备和密封设备的电子控制单元。由于该进一步的故障信号表明在所述包装密封单元中的故障，于是该运输装置被停止。

[0110] 本发明进一步涉及一种包括填充站和密封站的包装机，其中该包装机设置有根据本发明的泄漏检测设备。该设备允许待测试的产品在填充和密封之后立即测试泄漏。以这种方式，可检测短期泄漏，避免部分或完全地未密封包装的气体的部分或完全损失，如由密封单元的故障而造成的。

附图说明

[0111] 将参照附图详细描述本发明。需要理解的是，附图被设计仅仅用于说明的目的，并不作为对本发明的限制的定义，对本发明的限制的定义应参考所附的权利要求。应该进一步理解的是，附图不一定按比例绘制，以及除非另有说明，它们仅是为了示意性地说明本文所描述的结构和步骤：

[0112] 图1示出了设置有根据本发明的泄漏检测设备的示意性的填充和密封生产线；

[0113] 图2A示出了指示单个泄漏包装的测试气体浓度随时间的图表；

[0114] 图2B示出了指示多个泄漏包装的测试气体浓度随时间的图表；

[0115] 图2C示出了指示多个泄漏包装的测试气体浓度随时间的另一图表；

[0116] 图3示出了在通过包装的纵向轴线的竖直平面中通过测试站3的局部横截面；以及[0117] 图4示出了在与图3中的竖直平面成直角的竖直平面中通过测试站3的局部横截面。

具体实施方式

[0118] 图1示出了包括填充站1和密封站2的包装机的示意图，其中该包装机设置有根据本发明的泄漏检测设备。在图中，在这里以管的形式的多个包装P1、P2、P3都在包装填充站1处被填充并通过间歇地移动的输送机4被移动到后续的密封站2。在密封站2中，从喷嘴5被供应的一定量的测试气体被朝向待密封的包装P2的开口端部6引导。然后包装P2被合适的密封装置7所密封，如通过空气加热或通过超声波装置加热，然后被移动到在泄漏检测设备上的测试站3。

[0119] 该泄漏检测设备包括抽吸装置8，该抽吸装置被布置成在测试周期的持续时间中被定位为与包装P3的待测试的密封端部9或密封部邻近。当该包装被定位为与测试站中的密封部邻近时，施力装置被致动以将预定压力邻近于密封部施加到包装上。这促使在包装中的过压，由此如果在密封部中存在有缺陷，则被封闭的测试气体可在该包装中逃逸。

[0120] 可替代地，待测试的包装的密封部分在测试周期中被移位经过抽吸装置。

[0121] 通过抽吸装置8的抽吸开口10将周围空气抽吸经过密封端部9并经过气体传感器11。泵12位于传感器11的下游以提供低压力源。气体传感器11被布置为输出连续的模拟信号，其中所产生的电压与单位时间泄漏气体的量成正比。连续的模拟信号被传送到电子控制单元ECU，该电子控制单元被布置为处理和连续地监测来自传感器11的输出信号。

[0122] ECU包括：A/D转换器，该转换器将模拟信号转换成数字信号；以及第一处理器，该第一处理器用于对数字电压信号计算表示测试气体的浓度随时间的曲线的瞬时斜率值。ECU被布置成处理和连续地监测由A/D转换器所计算的斜率值。当气体传感器被校准时，ECU将确定关于表示在围绕测试站3的周围空气中测试气体的含量的曲线的瞬时斜率值。该斜率值表示没有检测到泄漏包装的情况。因此，当ECU接收来自传感器的恒定的连续信号时，该信号具有表示当不存在测试气体时的水平线的已知基本恒定的斜率值，则没有检测到泄漏包装。

[0123] 图2A示出了指示对于检测到单个泄漏包装的情况下测试气体浓度随时间的图表。从图中可以看到，所测量的测试气体(在这种情况下为氢气)的浓度，从初始基线值增加直到它达到最大值。随着包装被从测试站移除，被抽吸经过传感器11的周围空气将逐渐稀释测试气体浓度并且被感测的浓度将下降回到初始基线值。从图2A可以看出在检测到测试气体之后不久的时间t1，曲线C的切线T1将具有表示泄漏包装的正的瞬时斜率值。

[0124] 当ECU接收到来自传感器的表示瞬时斜率值相对于连续信号的斜率值发生改变的信号时，就确定发生了泄漏。所计算的检测信号的斜率值增加，其为正的斜率值，表示测试包装中的泄漏。然后ECU将会产生故障信号，该信号被传送到用于从输送机上移除泄漏包装的后续移除单元。

[0125] 由于包装从测试区域被移除，被抽吸装置抽吸经过传感器的周围空气将稀释泄漏气体并致使连续的模拟信号下降。因此，随着泄漏气体的浓度连续地减小，数字信号的斜率值将会改变并变为负值。如果后续包装是被适当地密封，则泄漏气体会被冲出检测设备并且来自传感器的输出信号将返回到其初始水平。

[0126] 图2B示出了指示对于多个泄漏包装被检测到的情况下测试气体浓度随时间的图表。如图2A所示，测试气体的所测量浓度从初始基线值增加，直到它达到对于第一泄漏包装的最大值，如上所述。由于第一包装被从测试站移除，被抽吸经过传感器11的周围空气将逐渐稀释测试气体浓度，并且被感测的浓度将开始朝初始基线值回降。随着泄漏气体的浓度连续地减少，数字信号的斜率值将开始改变并变为负值，如曲线C1所示出。然而，当在时间t2时，下一个泄漏包装被放置在测试站中并且斜率值将改回正值，正如在点X2处的切线T2所指示的。

[0127] 如果具有泄漏密封部的多个包装在相对较长的周期时间中接连地通过泄漏检测设备，则来自传感器的输出信号将不会返回到在待测试的每个包装之间的其初始水平。随着泄漏气体浓度连续地降低，数字信号的斜率值将有足够时间改变并变为负值，如曲线C2所指示的。然而，随着下一个泄漏包装进入测试区域，斜率值将改变回正值，如曲线C3所指示的。当检测到多个泄漏包装时，ECU然后将产生进一步的故障信号，该信号促使填充和密封生产线停止以允许实施调整和/或维修。

[0128] 图2C示出了指示对于多个泄漏包装被检测到的情况下测试气体浓度随时间的另一图表。如图2B所示，所测量的测试气体浓度从初始基线值增加直到其第一个泄漏包装被从测试站移除。由于第一泄漏包装被从测试站中移除，被抽吸经过传感器11的周围空气将逐渐稀释测试气体浓度并且被感测浓度将开始下降。数字信号的斜率值仍然为正值，但将开始改变并随着曲线C'1接近其最大值而减小。随着泄漏气体的浓度连续地降低，斜率值会首先为零，然后如果没有检测到后续的泄漏则变为负值。然而，在时间t3，下一个泄漏包装被放置在测试站中并且正斜率值将从较低值增加，如通过在点X3处的切线T3和通过曲线C'2所指示的。

[0129] 如果具有多个泄漏密封部的多个包装在相对较短的周期时间中接连地通过泄漏检测设备，则来自传感器的输出信号将有更少的时间以重置到在待测试的每个包装之间的其初始水平。随着泄漏气体的浓度连续地降低，数字信号的斜率值将有开始改变并减小，如曲线C'1所指示的。然而，由于相对较短的周期时间，曲线C'1在检测到后续的泄漏包装之前未达到其最大值。随着下一个泄漏包装进入测试区域，斜率值将从第一正值改变到超过所述第一正值的第二正值，如曲线C'2所指示的。当检测到多个泄漏包装时，例如三个连续的泄漏包装，然后ECU将产生进一步的故障信号，该信号促使填充和密封生产线停止以允许实施调整和/或维修。

[0130] 图3示出了在通过待测试包装P3的纵向轴线的竖直平面中通过测试站3的局部横截面，在这种情况下，易弯管被放置，其盖子向下处于输送机上的保持件(未示出)中并且其密封端向上进入测试站。这个横截面是通过用作在位于测试站3中的管P3上施加预定压力的施力装置20截取的。通过位于待测试管的上方且附接到测试站3的相对的一对流体致动器21、22，将压力在位于密封部下方的区域中施加在管P3上。流体致动器21、22各自包括：活塞23、24，活塞被固定地附接到位于致动器之间的支撑件30；和汽缸25、26，汽缸相对于该固定支撑件30可移位。流体致动器21、22依靠从压缩空气源(未示出)通过汽缸25、26上的进口/出口29供给的空气压力进行操作。这些致动器的操作通过可控阀(未示出)被执行，促使汽缸25、26从远离固定支撑件30的位置移位到与所述支撑件30邻近的位置。后一位置如图3中所示。在该位置中，相对的夹持装置27，28被布置为在待测试的密封部下方将预定压力施加到管P3的上部上。在该位置中，汽缸25、26和相对的夹持装置27、28的面对部分形成部分封闭的空间31，该空间包括：一对相对侧壁，该侧壁向上延伸进入支撑件30内；以及上壁，包括形成倒U形通道的支撑件30的下表面。部分封闭的空间31的目的是：随着周围空气流向传感器11，引导周围空气经过密封部。抽吸开口32位于与密封部邻近的支撑件30中的上壁中。传感器11被安装在延伸穿过支撑件30的主体的孔中，其位于抽吸开口32正上方。为了防止尘埃或微粒与传感器11相接触，过滤器33被放置在抽吸开口32中。

[0131] 图4示出了在与图3的竖直平面成直角的竖直平面中通过测试站3的局部横截面。图4示出了管P3及其密封部，该密封部位于管P3的上端处且高于并平行于夹持装置27中之一。附接到夹持装置27的每一端的是端壁34、35，其有助于在密封部周围形成导流装置。类似的端壁被布置在相对的夹持装置28上。由于汽缸25、26和它们的夹持装置27、28朝向管P3移位，端壁进一步限制了被抽吸经过管的周围空气的流动。优选地，导流装置被定位以在密封部的整个外围周围延伸并且在管P3上方越过密封部延伸一段预定距离。这种布置是用于引导周围空气，使之在通过抽吸开口32被抽吸到传感器11之前向上流动经过密封部(参见图3)。导流装置减少了在密封部周围的周围空气的体积，这允许待检测的泄漏气体的相对较低浓度。同样，在密封处或与密封处邻近的喷射泄漏可被引导远离传感器11。例如，当施加压力时，窄的气体喷射流可在相对于图3所示的密封部向下成角度的方向逃逸。由于导流装置减少了在密封部周围的周围空气的体积，与缺乏这种导流装置的设备相比，被抽吸经过密封部的周围空气的速度增大。以这种方式，由抽吸装置产生的气流将具有允许检测到这种类型的喷射泄漏的速度。