CN102187211A - 用于缺陷检测的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种用来检测薄膜制品(20)当中的缺陷的系统，包括：连接至电源(14)的发射极探测器(10)，所述探测器(10)能够插入到所述制品(20)的腔体当中；传感器(15)，该传感器(15)用来接收来自所述探测器(10)的放电；输送机系统，该输送机系统用于使得所述探测器和传感器互相接近；处理器，该处理器用来测量所述探测器和传感器之间的电位差，所述处理器能够基于所述测量而检测缺陷。

Description

用于缺陷检测的方法和装置

技术领域

本发明涉及缺陷检测，所述缺陷包括破缝和针孔，特别而言，本发明涉及薄膜制品当中的这种缺陷，所述薄膜制品例如为用于医疗目的的手套和避孕套。

背景技术

薄膜制品典型地由乳胶、合成橡胶或其它粘弹性聚合物制成。这种薄膜制品包括医疗手套或医用的其它手套、以及避孕套。这种手套为医疗保健专业人员提供了屏障保护来抵御微生物和包含乙肝的血源性病毒。它们还提供了屏障保护来抵御在医疗手术中常规使用的化学药品。因此，对于操作员和病人安全来说手套的常规佩戴是十分必要的要求。

手套制造商们使用欧洲标准EN 455-125或者ASTM标准来给手套的预先存在的针孔缺陷进行评定。这些文献规定了不漏水测试，其中手套填充一升的水并在两分钟之后进行泄漏评定，该不漏水测试可以被与之相反的经过验证的任何测试所替代。预先存在的针孔缺陷的检测之前已经使用了三种测试或其类似测试而进行了评定，例如水膨胀技术、或空气膨胀/水浸没技术或者这两种方法。

在每种情况下，这些方法具有的不便之处在于：成本、停留时间以及使得利用这种方法对于低成本高容积的制品而言连续或者成批类型的处理不够经济的其它问题。特别而言，为了满足欧洲和ASTM标准的两分钟的停留时间使得从连续处理或批处理中排除了这些测试。对于高容积的测试而言，测试结果则需要大概数秒钟。因此，根据这些标准的测试取决于统计方法，从而从已制造的货堆中抽取样本，从样本的测试结果进行推断来代表整个已制造的货堆。尽管已经建立了良好的统计方法，假设没有测试的手套的异常结果可能具有严重的后果，如果缺陷也被留下并且感染了健康的工人，则仍然对这种方法的适当性抱有怀疑。

此外，如果对薄膜手套的循环概念进行研究的话，则统计方法具有较小的可信度，这是因为样本和货堆之间不存在这样的关系。

水测试(Water Test)是用来确定手套是否适合于医用的常用方法。

水测试也称为泄漏测试，其包括将手套填充大量的水(大约1升)，并观察是否具有任何泄漏。如果有孔的话，则会穿过材料泄漏小水滴，因此，则认为该手套具有诸如针孔的缺陷。

该方法很缓慢，并且并不十分适合于高容积的批处理，这是因为它花费了数秒钟来填充手套(大约10秒，从而手套不会被水的喷射弄破)，需要更多的时间来使得手套泄漏，再需要数秒来倒空手套等等。最后，过了大约1分钟才能得出结论，但是还导致了手套变湿。

除了花费了大量时间来得出结论以外，还几乎不可能对整个过程自动化。这种测试通常是一个统计测试，误差容限有些大。

因此，本发明的目的在于提供一种检测针孔和/或缺陷的手段，其能够更加广泛地进行应用，并能够被设置成形成连续过程的一部分。

发明内容

在第一方面当中，本发明提供了一种用来检测薄膜制品当中的缺陷的系统，包括：连接至电源的发射极探测器，所述探测器能够插入到所述制品的腔体当中；传感器，该传感器用来接收来自所述探测器的放电；输送机系统，该输送机系统用于使得所述探测器和传感器互相接近；处理器，该处理器用来测量所述探测器和传感器之间的电位差，所述处理器能够基于所述测量而检测缺陷。

在第二方面当中，本发明提供了一种用来检测薄膜制品当中的缺陷的方法，包括以下步骤：将发射极探测器插入到所述制品的腔体当中，所述发射极探测器连接至电源；将所述探测器与传感器互相接近；将所述探测器连接至电源；利用处理器来测量所述探测器和传感器之间的电位差；基于所述测量来检测缺陷。

因此，根据本发明的系统提供了一种基础深厚的布置，以用来检测破缝或针孔的缺陷，这形成了“生产线”或者修复手套应用的工艺步骤的一部分。

特别而言，诸如检查手套或者手术手套的制品以及避孕套可以特别应用于根据本发明的系统。根据本发明，合成手套、橡胶手套和/或乳胶聚合物手套是适合的，并因此避免了对所述手套的损害，并支持了在任何需要的地方对这些手套进行经济的测试：在线的大规模制造并且或者在(重新)处理的活动期间。

附图说明

参考附图来进一步描述本发明将会十分便利，附图中显示了本发明的一个可行的布置，该布置在生产线之外也是有效的。本发明的其它布置也是可行的，并且因此附图的特定性并非理解为替代了本发明的之前所描述的一般性。

图1是根据本发明的一个实施例的系统的示意图；

图2A是按照本发明的一个实施例的被测试的手套的横截面图；

图2B是按照本发明的另外的实施例的被测试的手套的横截面图；

图2C是按照本发明的再一实施例的被测试的避孕套的横截面图；

图3是根据本发明的一个实施例的接收自一个测试的特性的图表性表示；

图4A是根据本发明的测试布置的电阻器模型的示意图；

图4B是根据本发明的测试布置的另一个电阻器模型的示意图；

图5是根据本发明的用于测试的电位差模型的图表视图；

图6是根据本发明的测试布置的另外的电阻器模型的示意图；

图7是根据本发明的用于测试布置的输出结果模型的图表视图；

图8是根据本发明执行的实验结果的图表视图；

图9是图8中图表所示的实验的结果的表格。

具体实施方式

本发明涉及基于高电压使用的方法和系统，该高电压在薄膜制品周围产生强大电场，其目的是检测薄膜制品的电荷泄漏。

图1显示了本发明的一个实施例的示意图。此处，高电压发生器14正在通过电缆12而向发射极探测器10提供高电位，上/下运动机11通过输送机(图中未示)而被引入到待被测试的手套当中。手套运载器30将手套20带入到待被测试位置。接着，输送机将发射极探测器10向下放置到适当位置。接下来，U形传感器15开始水平移动16，从而通过传感器水平滑动器35来扫描手套20的整个表面。所述滑动器15通过电机40而进行操作，该电机40可以是手动控制或者自动控制。

在扫描期间，模拟-数字转换器45将电位差(伏特)转换成基于个人电脑的分析器软件50的数字化数据。基于个人电脑的分析器软件的输出为被测试的手套提供了简单的逻辑数据PASS/FAIL(通过/失败)。扫描所需的时间处于几毫秒到3秒的范围内。精确时间将会是手套类型、输出电压的经济性和装备尺寸的函数，但并不以此为限。在对系统进行设计当中，本领域技术人员可以参考文献或者执行基本的迭代测试来确定这些参数，这些参数并非是本发明的限制。

本发明中使用的高电压发生器14可以必须提供最小为20KV的输出，其具有从400Hz到高达4KHz的脉冲变化频率。

发射极探测器10必须由无腐蚀性导电材料制成，其具有非常光滑并且为圆形的表面，避免具有尖锐边缘。其尺寸与应用以及手套尺寸和类型相关联。

手套运载器30是根据应用的具体需求来设计的机构，以将手套带入和/或移出测试区域。例如文献PCT/SG2007/000076中所示的手套运载器显示了可以应用于该过程的运载器，上述文献的内容并入到本文当中。从而，考虑到根据本发明的方法和系统对于运载器布置的可应用性和测试能够被执行以及获得结果的速度，根据本发明的方法和系统可适合于批处理或者连续处理。

在该实施例当中，U形传感器15由60μm直径或更小的镀金型电晕电线制成。所述线放置在塑料通道中以获得即时读取的狭窄区域。该传感器的尺寸和曲率被严格限制于与应用和手套材料及手套类型相关联。可选择的布置可以使得传感器布置成沿着竖直输送机而竖向移动。在该布置当中，还可以使用圆形传感器，其中手套在这样的圆形传感器的环形空区当中下降。还可以采用其它布置，只要传感器必须在发射极探测器的周边的大部分区域周围提供了覆盖，同时该传感器位于手套之内。

传感器水平滑动器可以由塑料零件制成，以避免与发射极探测器10的不希望的放电并为U形传感器15产生电噪音。通过步进电机而获得了水平移动，该步进电机能够提供简单的调节和恒定的来回速度。

模拟-数字转换器45必须能够将电位伏特转换成数字化的数据，并具有小于133ms的采样率，以获得批处理或者连续处理的理想布置。

基于个人电脑的分析器软件50具有算法来找到由AD转换器45提供的值的最大值、总和或者平均值，并且返回PASS/FAIL结果。例如，图3显示了从AD转换器45接收并被基于个人电脑的分析器软件50处理的信息类型的图表性表示。正在被系统5测试并且不具有缺陷的手套20可以显示光滑连续的特性90，其带有可能的边际最大值，该边际最大值表示对小的电位差的连续检测。在被测试的手套具有缺陷的情况下，图表性表示显示了明显不连续的特性95，在测试操作期间，从产生广泛变化的电位差的缺陷当中可以期待该明显不连续的特性95。分析器50可以自动检测与标准特性90相比较的不连续的特性95的存在。对特性进行识别的装置可以识别最大电位差或者超过已知预定极限的电位差。可选择地，分析器50可以识别特性本身当中的不连续性。这种分析的复杂度可以在专门用于此目的的不同特性的程序或者软件之间变化。还是进一步地，分析器50可以足够复杂，以从最大电位差能级或者从特性的形状中基于不连续的特性95来识别缺陷的本质，关于是否是完整的针孔以及针孔的本质，例如可以产生类似特性的尺寸等。

根据本发明的破缝和针孔的缺陷检测方法可以提供以下任何一个或者所有的优点：

i.快速方法，对于某些应用而言小于2秒；

ii.测试装置和手套之间没有接触，从而避免了交叉感染问题；

iii.它不需要特殊的受控大气或者其它中性气体的存在；

iv.从材料的高距离处进行检测，例如大约为9cm。

从诸如手套制造厂的针孔测试领域的另一个应用来说，发射极探测器包括移动的手套模具本身，该手套模具已经被导电，接着，U形传感器可以被类似传感器的固定阵列所替代。这种构造将对破缝或针孔缺陷进行检测的速度减小到毫秒。

该系统和方法具有广泛的应用，其如图2A、2B和2C所示。图2A显示了类似于图1所示的测试布置，从而手套20已经插入了发射极探测器10当中。发射极探测器10连接至电缆12，该电缆12提供与高电压发生器的通信。将会注意到，在此目的的所有应用中，发射极探测器10完全位于手套当中，从而避免了来自具有通往传感器的直接通路的发射极的任何虚假的结果。尽管这种布置适合于很多应用，它还对测试回收的手套和因此定位在循环过程或输送机当中具有广泛的可应用性。它还可以用于新手套的测试以及用于包装之前的形成过程的一部分。

图2B显示了不同于图2A的实施例。此处将用于新手套55的测试和形成过程有利地结合起来。该实施例中的发射极探测器60的形状与手套类似，实际上该发射极探测器可以形成在手套模具当中，从而将发射极探测器与手套模具相结合。在这种情况下，手套模具通常可以是大体上为绝缘体的陶瓷材料。从而，为了将发射极探测器与手套模具相结合，陶瓷可以掺杂导电颗粒。还是进一步地，在手套模具60当中的多个部分可以具有在模具60的外表面周围分布的金属表面阵列，其都通过芯来连接，从而提供发射极探测器功能。

正如所讨论的那样，根据本发明的系统和方法可应用于薄膜制品的测试。尽管医用手套可以直接应用于本发明，其它这种薄膜制品也可以进行测试。图2C显示了避孕套70，该避孕套70内插入了拉长的发射极探测器75，同时通过电缆80保持了与高电压发生器的通信。从而，通过采用探测器和处理过程，避孕套70的测试可以落入本发明的范围当中。

由于图2B和图2C的应用涉及了新的制造，因此在这些情况中，可以适宜地对传感器具有固定的控制。在薄膜制品的新制造的情况中，传感器可以保持静止，同时输送机移动薄膜制品使其通过传感器。在这么做的过程中，薄膜制品制造的连续过程可以通过穿过传感器来作为正常制造过程的一部分从而避免制品前进的停止。测试进行的速度可以改变传感器的宽度，从而如果制造过程的速度使得测试的时间长度被延长的话，那么可以增大传感器的宽度，从而确保发射极探测器保持在传感器的范围当中，以具有足够的时间来执行该测试。由于分析器的步骤也非常快，因此制品可以在测试之后很快被丢弃，从而避免制品遭受不必要的缺陷测试的下游处理。

在可选的实施方式当中，本发明的一个实施例使用了强电场力和强电场渗透来检测在乳胶手套的表面中是否存在任何孔。在该实施例当中，本发明包括以下零件：

中心单元——电力单元。它用来将来自电源的能量转化为装置使用的电场。它具有多个按钮以用来启动并控制所述装置和位于背部面板上的4个主连接：

主电板：由不锈钢制成的椭圆形的金属板。它利用去往HV输出的电力缆线而连接至中心单元。电板的位置将会变化，这是因为它必须进入和离开膨胀的乳胶手套。主电板表示整体的第一电极。

滑动传感器：从手套的一端滑动至另一端以用来收集数据的“U”形的传感器。该传感器具有两个连接部：

如前所述，传感器通过对比电阻器而连接至参考输出。

该滑动传感器直接连接至数据采集系统/模拟到数字转换器，以用来为决定过程收集并格式化数据。

该传感器包括非常薄的“电晕”型电线，并表示第二电极。

U形传感器通过步进电机的步进而从手套的一端被驱动至另一端。

如所述的那样，发生器将来自电源的能量转换为强大电场的能量。尽管它并未将电能转换为不同形式的能量，但是它产生了必要的信号来实现我们的目标(检测针孔)。

主要来说，它形成了两个电极之间的高的电位差。

对应于该电位差的是电场

其能够通过麦克斯韦方程进行计算并且导出公式为：

电场矢量等于电位函数的斜率。为了理解电场的功率，电场方程可以考虑下述情况而进行简化。假设发生器产生的电位是连续并恒定的，并且两个电极是两个无限平面金属板。

方程(2)可以简化为以下形式：

$\stackrel{\→}{E}=\frac{U_{\mathrm{ab}}}{r_{\mathrm{ab}}}\·\frac{\stackrel{\→}{r_{\mathrm{ab}}}}{r_{\mathrm{ab}}}---\left(3\right)$

其中：

-电场强度矢量

U_ab-点a和点b之间的电位差

-从a到b的单一方向矢量，其中a和b是在空间中的两个任意点。通常的电压值大约为十千伏，距离小于10cm。这意味着产生的电场大约为10KV/cm，足够形成通过空气的放电，但并不足够通过乳胶来放电。

为了继续解释这种现象，我们将分析手套测量的过程。

在两个电极之间应用高的电位差。

电子被创建的电场所驱动而开始从正电极(主电板)移动到负电极(传感器)。每个电子受到以下库仑力而进行移动：

$\stackrel{\→}{F}=e\·\stackrel{\→}{E}---\left(4\right)$

其中：

e-电子的电荷

大多数电子将具有足够的能量到达乳胶屏障，但不具有足够的能量来穿过它。然而，一部分电荷载体将会穿过(将会扩散穿过乳胶)并通过负电极的吸引而将它们的方向集中至传感器。

到达电晕电线之后，电子将形成小的电流，穿过对比电阻器的该电流将会形成小的电位差(电位差小，这是因为在试图穿过乳胶的时候损失了大部分能量)。

现在，想象一下在时间当中的某特定时刻，电晕电线和主电板完美地居中在针孔上。此时，大多数电子将不必消耗它们的能量来穿过乳胶，因此它们当中更多的数量将到达传感器。因此导致的电流将会较高，并且对比电阻器上的电位差也较高。

U_对比＝I_泄漏·R_对比  (5)

因此，如果在乳胶手套中具有孔的话，电位差则要高得多。

为了更好的理解这种现象，考虑欧姆定律以及图4A和4B显示的多种模型。

$R=\frac{U}{I}---\left(6\right)$

查看此公式，很容易的理解到，具有恒定电位差和不同电阻，我们将获得不同的电流值。电阻值越大，电流强度越小。

在任何两点之间，我们可以计算电阻，其值能够近似地通过以下公式来得出：

$R=\mathrm{\ρ}\·\frac{l}{A}---\left(7\right)$

其中：

R-电阻值

ρ-材料电阻系数

l-区域长度

A-区域表面

该近似值对于以下情形105是有效的。材料110在其整个轴线115上具有相同属性(在该情形中，电阻系数/导电率)；所考虑的表面在区域的整个长度上是恒定的。然而，如果假设非真的话，电阻可以则作为一组基本电阻器100来进行计算(可以通过公式(7)来计算)。

通过这种方式，我们能够计算两个电极之间的电阻。随着材料的变化(空气，乳胶，空气)，我们必须作为3个基本电阻器的系列来对其进行计算。

如果A表示阳极电极，B表示阴极电极的话，那么3个电阻器是：

R_a-阳极和手套之间的电阻

R_b-手套两侧之间的电阻

R_c-手套和阴极之间的电阻

阳极和阴极之间的等效电阻则将会计算为如下：

R_AB＝R_a+R_b+R_c  (8)

在测量过程中，R_a和R_c总是具有相同的值，唯一改变的值是R_b。

如果在手套中具有针孔的话，则空气的电阻系数小于乳胶的电阻系数：

ρ_空气＜＜ρ_乳胶  (9)

因此：

利用关系(10)和(8)，我们能够得出：

既然我们已经明确了电阻器模拟，则考虑阳极和阴极之间的电位差。它应用于整个等效电阻器上。在具有针孔的情况下，电阻值会下降，因此电流增大。

如图5所示，与手套125相比较，相同的电位差将通过针孔120产生更大的电流。

正如在说明书中所陈述的那样，传感器将会滑行并从手套的所有表面收集数据。这么做是为了具有手套的清晰的电图像。传感器的移动是连续的，而数据无法被连续收集。其采用离散方式进行。对于整个手套而言，具有若干N个电流强度值。我们获得的值事实上是电压；它是通过电流穿过对比电阻器而得到的。

通过这种方式，我们能够考虑如图6所示的作为N个电阻器的集合140的整个系统，每一个电阻器被单独测量，一次一个，其对应于每次采样。

在图6中，A表示主电板，B表示传感器135。B从R1移动到R4(或者R_N)。

使用数据采集卡来完成采样。手套的电图像将会是数据采集卡读取并记录的N个值。

大多数情况而言，如果所有的近似值是正确的话，则决定过程则非常简单(如果强度值高于好手套的值的话，则我们将确定针孔)。

但是还是有多重因素导致我们进行更加复杂的决定过程：

电位差是连续的但不是恒定的。应用于主电板的信号由如图7所示的多个脉冲145组成。

·手套不具有一致表面

·手套的厚度不一致

·板不是完美表面

·空气类型不恒定

为了确定手套是否被穿孔，第一步骤是收集数据。这意味着对每个手套收集若干N个值。该步骤完成之后，可以应用其中一个决定标准。

“违反标准的数量”：

在决定过程开始之前，通过装置来进行使用“好”手套的校准。利用这些手套的值，测试极限值通过以下方法来计算：对于每个测量点而言，每个好手套的最大值被认为是阈值。这意味着评价最糟情况的好手套。之后，手套运行穿过装置。对于每个测量点而言，大于阈值的更高值表示违反。如果手套具有超过N(样本数量)的特定百分比的话，则它具有针孔，因此，它不是“好”手套，并且将会用于新极限值的计算。

“总值”标准：

还是用若干校准手套。它将手套的所有样本值加在一起，并且最大结果被认为是好手套的极限值。

接着，利用简单规则来对测试手套进行同样的操作。更高的值意味着针孔。

为了显示如何应用标准，图8和图9给出了利用根据本发明的系统而得到的测试结果。测试包括将15个手套穿过机器。被使用的手套是5个好手套(用于校准)、5个在掌心具有针孔的手套以及5个在其中一个指头上具有针孔的手套(5个手套中每个针孔都在不同的手指)。

样本的数量N是38，每种检测下具有19个样本。传感器通过电机移动，该电机正向平移并且19个样本被收集，之后，进行反向平移并且另外19个样本被收集。

我们还运行空测试(装置中没有手套)。所有数据是下图的表格，并且为了更好的理解，所使用的缩略语为：

1E-没有手套的测试

G3、G6、G17、G18、G20-5个好手套

极限值-“违反数量”标准的极限值；表示“最糟情况”好手套的测量

P1至P5-在手掌中具有针孔的5个手套

FT1-在大拇指中具有针孔的手套

FI2-在食指中具有针孔的手套

FM3-在中指中具有针孔的手套

FR4-在无名指中具有针孔的手套

FL5-在小指中具有针孔的手套

“违反数量”标准的结果

对于具有针孔的每个手套而言，违反数量计算如下：每个都被独立取样并且与已计算出的极限值相比较(对于每一个样本数量而言单独计算)。如果值大于极限值的话则赋值为一(表示违反)，否则赋值为零。这些加起来得到每个手套的违反数量，结果如图9所示。

由于计算极限值的方式，对于每个好手套而言，违反数量是零。

例如，如图9所示，对于P1手套而言，31其中一个截取的样本大于它们对应的极限值等等。正如可以观察到的那样，非常容易确定手套是否被穿孔。

“总值”标准的结果

对于此种方法，我们将每个手套的38个样本相加，并在柱状图中标注了结果。值1是空测量的总值，值3到值7是5个好手套的总值，值10到值14是在手掌中具有针孔的5个手套的总值，值16到值20是在手指中具有针孔的5个手套的总值。

Claims (9)

1.一种用来检测薄膜制品当中的缺陷的系统，包括：

连接至电源的发射极探测器，所述探测器能够插入到所述制品的腔体当中；

传感器，该传感器用来接收来自所述探测器的放电；

输送机系统，该输送机系统用于使得所述探测器和传感器互相接近；

处理器，该处理器用来测量所述探测器和传感器之间的电位差，所述处理器能够基于所述测量而检测缺陷。

2.如权利要求1所述的系统，其中所述处理器通过对已测量的电位差与预定值相比较而检测所述缺陷。

3.如权利要求2所述的系统，其中采用所述预定极限值来作为所述探测器和传感器之间的电位差，其中完整无损的薄膜制品位于该探测器和传感器之间。

4.如前述任意一项权利要求所述的系统，其中所述输送机相对于静止的传感器来移动所述探测器。

5.如权利要求1至4的任意一项所述的系统，其中所述输送机相对于静止的探测器来移动所述传感器。

6.如前述任意一项权利要求所述的系统，其中所述探测器是金属的，具有导电表面，该导电表面是光滑并连续的，且该导电表面被制成一定形状来装配到所述腔体当中而不与所述制品直接接触。

7.如前述任意一项权利要求所述的系统，其中所述传感器是U形的，并被布置成使得互相接近的所述探测器和传感器包括定位在所述U形的竖直臂当中的所述探测器。

8.如前述任意一项权利要求所述的系统，其中所述薄膜制品包括医用手套和避孕套。

9.一种用来检测薄膜制品当中的缺陷的方法，包括以下步骤：

将发射极探测器插入到所述制品的腔体当中，所述发射极探测器连接至电源；

将所述探测器与传感器互相接近；

将所述探测器连接至电源；

利用处理器来测量所述探测器和传感器之间的电位差；

基于所述测量来检测缺陷。

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