DE19613560A1 - Leak testing method for open hollow body made of light impermeable material e.g. tin - Google Patents
Leak testing method for open hollow body made of light impermeable material e.g. tinInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Meßverfahren zur Prüfung der Dichtigkeit von offenen Hohlkörpern aus lichtundurch lässigem Werkstoff, insbesondere Blechdosen, mittels mindestens einer Lichtquelle und mindestens eines Licht sensors sowie eine Vorrichtung für die Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a measuring method for testing the Tightness of open hollow bodies from opaque casual material, especially tin cans, by means of at least one light source and at least one light sensors and a device for carrying out the Procedure.
An viele Hohlkörper der vorgenannten Art, beispielsweise Hohlköper aus Blech wird die Anforderung hoher Dichtig keit gestellt. Dies gilt insbesondere für Blechdosen, die zur Abfüllung von Food-Produkten bestimmt sind, wobei Blechdosen mit flüssigem oder unter Druck stehen dem Inhalt besondere Beachtung finden. Aber auch bei anderen Produkten, die in ihrer Funktionalität einer bestimmten Dichtigkeitsanforderung genügen müssen, werden Prüfungen auf Dichtigkeit zunehmend erforderlich, beispielsweise bei Stoßdämpfern.To many hollow bodies of the aforementioned type, for example Hollow body made of sheet metal makes the requirement of high density posed. This is especially true for tin cans, which are intended for filling food products, where tin cans are with liquid or under pressure pay special attention to the content. But also with other products, in their functionality one have to meet certain tightness requirements, leak tests are increasingly required, for example with shock absorbers.
Allgemein wird unter Dichtigkeitsprüfung ein Meß verfahren verstanden, das zu quantitativen Aussagen über die Größe von Fehlstellen, wie Löcher, Risse u. dgl. am Hohlkörper oder am Hohlkörperrand, führt. In Abhängig keit von dem in dem Hohlkörper befindlichen Füllgut können derartige Fehlstellen Lecks hervorrufen, falls eine minimale Fehlstellengröße vorliegt. Die Bestimmung dieser minimalen Fehlstellengröße ist in der Praxis oft sehr schwierig. Deshalb werden Erfahrungswerte in aller Regel noch mit einem Sicherheitsfaktor versehen. So werden beispielsweise bei der Prüfung von Blechdosen Lochdurchmesser von 50 µm bis 100 µm als Minimalgröße angenommen, die durch das jeweilige Meßverfahren sicher detektiert werden sollen.Generally a measurement is carried out under a leak test understood the process, to make quantitative statements about the size of imperfections such as holes, cracks, etc. Like. on Hollow body or on the edge of the hollow body. Depending speed of the filling material located in the hollow body Such defects can cause leaks if there is a minimal defect size. The determination this minimum defect size is common in practice very difficult. That is why empirical values are in everyone Usually provided with a safety factor. So for example when testing tin cans Hole diameter from 50 µm to 100 µm as the minimum size assumed to be safe by the respective measurement method should be detected.
Klassische Meßverfahren für die Dichtigkeitsprüfung sind Vakuum- und Überdruckverfahren. Hierbei werden die zu prüfenden Hohlkörper mit einem bestimmten Vakuum bzw. Druck beaufschlagt und die Änderung des Vakuums bzw. des Drucks in einer definierten Zeit gemessen. Diese Meß verfahren bedürfen einer verhältnismäßig hohen Meßzeit, so daß viele Prüfplätze in einer Meßanlage notwendig sind, um bei der Großserienfertigung von Hohlkörpern einen vertretbaren Durchsatz zu erreichen.Classic measuring methods for leak testing are Vacuum and overpressure processes. Here, too testing hollow body with a certain vacuum or Pressurized and the change in vacuum or Pressure measured in a defined time. This measuring methods require a relatively long measuring time, so that many test stations in a measuring system are necessary are in order for the mass production of hollow bodies to achieve a reasonable throughput.
Zu den klassischen Meßverfahren gehören auch solche Verfahren, bei denen der Durchgang eines Spurengases, beispielsweise Helium, durch den Hohlkörper gemessen wird. Auch bei diesen Verfahren ist die Meßzeit ver hältnismäßig hoch, so daß ein wirtschaftlicher Einsatz eines derartigen Verfahrens nur unter besonderen Bedin gungen, beispielsweise bei Forderung einer besonders hohen Genauigkeit, vertretbar ist.Classical measuring methods also include such Processes in which the passage of a trace gas, for example helium, measured through the hollow body becomes. The measuring time is also ver with these methods relatively high, so that an economical use of such a method only under special conditions conditions, for example when a particular is requested high accuracy, is justifiable.
Bekannt ist aber auch bereits ein sogenanntes Lichttest verfahren. Bei diesem Meßverfahren wird der Hohlkörper entweder von außen oder von innen mit Licht bestrahlt und auf der jeweils entgegengesetzten Seite - also innen bzw. außen - mit einem empfindlichen Lichtsensor abge tastet. Bei ausreichender Sensorempfindlichkeit führen etwa vorhandene Fehlstellen zu einem nachweisbaren Restlicht. Dieses Restlicht wird auf das Gesamtlicht normiert und stellt ein Maß für die Fehlerstellengröße dar. However, a so-called light test is already known method. In this measuring process, the hollow body irradiated with light either from the outside or from the inside and on the opposite side - inside or outside - with a sensitive light sensor gropes. Lead with sufficient sensor sensitivity existing defects to a detectable Low light. This residual light is on the overall light normalizes and provides a measure of the size of the defect represents.
Lichtsensoren mit hoher Empfindlichkeit sind unbedingt vor starkem Lichteinfall, wie Tageslicht, Hallenbeleuch tung u. dgl., zu schützen, da starker Lichteinfall zum zeitweiligen Ausfall des Meßgerätes führt. Die sich hierdurch ergebende sogenannte Totzeit des Sensors kann im Extremfall einige Stunden betragen. Es ist daher notwendig, Lichttests in einer separaten Anlage durchzu führen. Die bekannten Einrichtungen für die Durchführung der vorstehend beschriebenen Lichttests sind daher als Zusatzsysteme ausgebildet, die in die Dosenlinien inte grierbar sind. Der Vorteil des Meßverfahrens mittels Lichttester gegenüber den eingangs erwähnten bekannten Meßverfahren liegt in der Meßgeschwindigkeit, die bei wenigen Prüfplätzen bereits einen verhältnismäßig hohen Durchsatz erlaubt und darüber hinaus kostengünstig ist.Light sensors with high sensitivity are essential before strong light, such as daylight, hall lighting tung u. Like. To protect, because strong light for intermittent failure of the measuring device. Which resulting so-called dead time of the sensor can in extreme cases a few hours. It is therefore necessary to carry out light tests in a separate system to lead. The known facilities for implementation of the light tests described above are therefore considered Additional systems trained that inte are gratable. The advantage of using the measuring method Light tester compared to the known ones mentioned at the beginning Measuring method lies in the measuring speed, which a few test stations already have a relatively high one Throughput allowed and is also inexpensive.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Meßver fahren zu schaffen, mit dem die Prüfung der Hohlkörper auf Dichtigkeit bei hoher Nachweissensitivität von Fehl stellen innerhalb so kurzer Zeit durchgeführt werden kann, daß eine Integrierung der Einrichtung für die Durchführung des Meßverfahrens unmittelbar in den Fertigungsautomaten für die Herstellung der Hohlkörper - also nicht als Zusatzsystem - möglich ist.The invention has for its object a Meßver drive to create with the testing of the hollow body for tightness with high detection sensitivity of failure places can be done within such a short space of time can that an integration of the facility for the Implementation of the measuring process directly in the Automatic machines for the production of hollow bodies - not as an additional system - is possible.
Die Lösung der gestellten Aufgabe besteht bei einem Verfahren der eingangs genannten Art aus den Ver fahrensschritten,The task is solved by one Methods of the type mentioned in the Ver driving steps,
- - daß vor Beginn des Meßvorgangs eine den mit einer Stromversorgungseinrichtung in Verbindung stehenden Lichtsensor umschließende Abdeckung mittels einer mechanischen Vorrichtung bis zum lichtdichten Abschluß gegen die offene Seite des Hohlkörpers geführt wird, wobei die Blende als Lichtdichtigkeit bewirkender Schnellschlußmechanismus ausgebildet ist, - That before the start of the measurement process the one with a Power supply related Cover enclosing the light sensor by means of a mechanical device up to the light-tight closure is guided against the open side of the hollow body, the aperture being more light-tight Quick-closing mechanism is designed
- - daß nach dem lichtdichten Verschließen des Hohlkörpers mittels der Abdeckung der die Blende bildende Schnellschlußmechanismus geöffnet wird,- That after the light-tight closure of the hollow body by means of the cover forming the aperture Quick release mechanism is opened,
- - daß auf den Hohlkörper mindestens ein auf dessen Bau form abgestimmter Lichtstrahl gerichtet wird- That on the hollow body at least one on its construction form-coordinated light beam is directed
- - und daß die von den Lichtsensoren empfangenen Nutz signale - Impulse pro Zeiteinheit - ausgewertet werden.- And that the benefit received by the light sensors signals - pulses per unit of time - evaluated will.
Durch das Verschließen und spätere Öffnen der als Schnellschlußmechanismus ausgebildeten Blende wird gegenüber den bekannten Verfahren, bei denen die Blende mit Abdeckungen versehen wird, deren Entfernung sehr zeitaufwendig ist, eine erhebliche Zeitersparnis er zielt.By closing and later opening the as Quick closing mechanism trained aperture compared to the known methods in which the aperture is provided with covers, the removal of which is very is time consuming, he saves a significant amount of time aims.
Der auf die Bauform des Hohlkörpers abgestimmte Licht strahl ergibt eine optimale Lichtausbeute und bewirkt daher eine Verbesserung der Nachweisintensivität von Fehlstellen.The light matched to the design of the hollow body beam gives an optimal light output and causes therefore an improvement in the detection intensity of Missing parts.
In Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird jede Lichtquelle mittels eines Lock-in-Verstärkers mit Modulationsausgängen kontinuierlich moduliert. Hierbei rastet das Sensorsignal in dem Lock-in-Verstärker auf die Modulationsfrequenz ein und kann dadurch sehr schmalbandig aufbereitet werden. Dies führt zu einem hohen Signal-Rausch-Verhältnis.In an embodiment of the method according to the invention each light source using a lock-in amplifier Modulation outputs continuously modulated. Here locks the sensor signal in the lock-in amplifier the modulation frequency and can be very be processed in narrow-band. This leads to one high signal-to-noise ratio.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird der Licht sensor während des Meßvorgangs auf eine definierte Temperatur gekühlt. Durch diese Maßnahme wird eine Steigerung der Empfindlichkeit des Lichtsensors erzielt, die umso höher ist, je niedriger die Temperatur gewählt wird. Im allgemeinen ist Raumtemperatur ausreichend. In a further embodiment of the invention, the light sensor during the measuring process to a defined Temperature cooled. This measure will Increased sensitivity of the light sensor, the higher the lower the temperature chosen becomes. In general, room temperature is sufficient.
Ein anderes Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß das in einem Verstärker verstärkte Nutzsignal, einem Schwellwertschalter zugeführt und in einem Zähler registriert wird, wobei in Weiterbildung der Erfindung die von dem Zähler registrierten Nutz signale einem Rechner zur Auswertung zugeführt werden.Another feature of the method according to the invention is that this is amplified in an amplifier Useful signal, a threshold switch and fed in a counter is registered, being in training the invention the benefit registered by the counter signals are fed to a computer for evaluation.
Die Einrichtung für die Durchführung des erfindungs gemäßen Meßverfahrens, die aus mindestens einer Licht quelle und mindestens einem Lichtsensor besteht, weist die Merkmale auf,The device for carrying out the fiction according measurement method, which consists of at least one light source and at least one light sensor, has the characteristics on
- - daß eine mechanische Vorrichtung vorgesehen ist, mittels der vor Beginn des Meßvorgangs eine den Lichtsensor umschließende Abdeckung für den Hohlkörper bis zum lichtdichten Abschluß gegen die offene Seite des Hohlkörpers geführt wird,- that a mechanical device is provided, by means of a before the start of the measuring process Cover for the hollow body enclosing the light sensor up to the light-tight closure against the open side the hollow body is guided,
- - daß der Lichtsensor mit einer Stromversorgungseinrich tung in Verbindung steht- That the light sensor with a power supply device is connected
- - und daß der Lichtsensor mit einer als lichtdicht ver schließbarer Schnellschlußmechanismus ausgebildeten Blende versehen ist.- And that the light sensor with a ver as light-tight trained lockable quick release mechanism Aperture is provided.
In Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Einrichtung steht der Lichtsensor mit einem Lock-in-Verstärker in Verbin dung, der über mindestens einen Modulationsausgang mit der Lichtquelle verbunden ist.In the embodiment of the device according to the invention the light sensor with a lock-in amplifier in conjunction with at least one modulation output the light source is connected.
In weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Einrich tung steht der Lock-in-Verstärker mit einem weiteren Verstärker in Verbindung, dem über einen Schwellwert schalter ein mit einem Rechner verbundener Zähler nachgeschaltet ist.In a further embodiment of the device according to the invention is the lock-in amplifier with another Amplifier in connection, which has a threshold switch a counter connected to a computer is connected downstream.
Um die Handhabung des Lichtsensors zu vereinfachen, ist nach einem weiteren Merkmal der erfindungsgemäßen Ein richtung der Lichtsensor mit mindestens einer Photo diode, einem Photomultiplier, einem Lichtverstärker o. dgl. ausgestattet.To simplify the handling of the light sensor is according to another feature of the invention direction of the light sensor with at least one photo diode, a photomultiplier, a light amplifier or the like.
Diese Geräte sind sehr robust, so daß ihre Handhabung problemlos ist. Darüber hinaus zeigen diese Geräte bei Zimmertemperatur bereits einen sehr geringen Dunkelstrom und einen hohen Photostromgradienten.These devices are very robust, so that their handling is no problem. In addition, these devices show Room temperature already a very low dark current and a high photocurrent gradient.
Die erfindungsgemäße Einrichtung kann noch dadurch verbessert werden, daß der Lichtsensor mit einer Kühlvorrichtung versehen ist.The device according to the invention can still thereby be improved that the light sensor with a Cooling device is provided.
Die erfindungsgemäße Einrichtung weist eine so hohe Empfindlichkeit auf, daß ihre Ansprechschwelle bei einigen Photonen liegt. Sie stellt somit einen Licht tester mit Einzelphotonenmeßcharakteristik dar. Ein derartiger Einzelphotonenzähler ist in der Lage, auch nach Vielfachreflektionen in der Fehlstelle von Hohl körpern noch Licht nachzuweisen. Das Photonengas diffun diert quasi wie ein Spurengas durch die Fehlstelle; sie läuft aber - im Gegensatz zum Spurengas - mit Licht geschwindigkeit ab. Die Meßzeit beträgt etwa 100 Mikrosekunden bis einige Millisekunden und wird von den Sondenparametern und wesentlich von der Restlichtmenge bestimmt.The device according to the invention has such a high Sensitivity to that their response threshold at some photons. It thus provides a light tester with single photon measurement characteristics such single photon counter is able to, too after multiple reflections in the hollow area of Hohl bodies still detect light. The photon gas diffuse quasi through the flaw like a trace gas; she but runs - unlike trace gas - with light speed down. The measuring time is about 100 Microseconds to a few milliseconds and is determined by the Probe parameters and essentially the amount of residual light certainly.
Nach einer Meßzeit von wenigen Millisekunden sind somit hinreichend viele Impulse im Zähler eingegangen, so daß der Meßvorgang beendet werden kann. Es werden dann die Lichtquellen abgeschaltet und die Sensorblende ge schlossen. Danach wird der Lichtsensor aus dem Hohlkörper entfernt und die Einrichtung steht für die Durchführung eines neuen Meßvorgangs zur Verfügung.After a measuring time of a few milliseconds sufficiently many pulses were received in the counter so that the measuring process can be ended. Then it will be the Light sources switched off and the sensor cover ge closed. Then the light sensor from the Hollow body removed and the device stands for the Execution of a new measuring process available.
In der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel eine Ein richtung für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch dargestellt.In the drawing, an is an exemplary embodiment direction for the implementation of the invention The procedure is shown schematically.
Wie die Zeichnung zeigt, ist der auf Dichtigkeit zu messende Hohlkörper 1 mit einer lichtdichten Abdeckung 2 versehen, die einen Lichtsensor 3 umschließt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ragt der Lichtsensor 3 in den Innenraum des Hohlkörpers 1 hinein. Es sind jedoch auch andere Ausführungsformen denkbar. Der Licht sensor 3 ist zum Hohlkörper hin mit einer lichtdichten Blende 4 versehen und steht mit einer Stromversorgungs einrichtung 5 sowie mit einem Lock-in-Verstärker 6 in Verbindung. Die Blende 4 ist als Schnellschlußmecha nismus ausgebildet. Der Lock-in-Verstärker 6 weist mindestens einen Modulationsausgang 7 auf, der zu min destens einer Lichtquelle 8 führt; er steht ferner mit einem weiteren Verstärker 9 in Verbindung, dem über einen Schwellwertschalter 10 ein mit einem Rechner 11 verbundener Zähler 10 nachgeschaltet ist.As the drawing shows, the hollow body 1 to be measured for tightness is provided with a light-tight cover 2 , which encloses a light sensor 3 . In the illustrated embodiment, the light sensor 3 projects into the interior of the hollow body 1 . However, other embodiments are also conceivable. The light sensor 3 is provided towards the hollow body with a light-tight diaphragm 4 and is connected to a power supply device 5 and a lock-in amplifier 6 . The aperture 4 is designed as a quick-closing mechanism. The lock-in amplifier 6 has at least one modulation output 7 , which leads to at least one light source 8 ; it is also connected to a further amplifier 9 , which is followed by a counter 10 connected to a computer 11 via a threshold switch 10 .
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind drei Lichtquellen 8 vorgesehen, deren Lichtstrahlen 13 auf den Hohlkörper 1 gerichtet sind.In the illustrated embodiment, three light sources 8 are provided, the light rays 13 of which are directed onto the hollow body 1 .
Der mit einer Kühlvorrichtung 14 versehene Lichtsensor 3 ist mittels einer mechanischen Vorrichtung 15 versehen, mittels der die den Lichtsensor (3) umschließende Ab deckung (2) bis zum lichtdichten Abschluß gegen die offene Seite des Hohlkörpers (1) und wieder zurück geführt werden kann.The provided with a cooling device 14 light sensor 3 is provided by means of a mechanical device 15 , by means of which the light sensor ( 3 ) enclosing cover ( 2 ) can be guided up to the light-tight closure against the open side of the hollow body ( 1 ) and back again.
Claims (10)
- 1.1 daß vor Beginn des Meßvorgangs eine den mit einer Stromversorgungseinrichtung (5) in Ver bindung stehenden Lichtsensor (3) umschließende Abdeckung (2) mittels einer mechanischen Vor richtung (15) bis zum lichtdichten Abschluß gegen die offene Seite des Hohlkörpers (1) geführt wird, wobei die Blende (4) als Licht dichtigkeit bewirkender Schnellschlußmechanismus ausgebildet ist,
- 1.2 daß nach dem lichtdichten Verschließen des Hohlkörpers (1) mittels der Abdeckung (2) der die Blende (4) bildende Schnellschlußmechanismus geöffnet wird,
- 1.3 daß auf den Hohlkörper (1) mindestens ein auf dessen Bauform abgestimmter Lichtstrahl (12) gerichtet wird
- 1.4 und daß die von den Lichtsensoren (3) empfan genen Nutzsignale - Impulse pro Zeiteinheit - aus gewertet werden.
- 1.1 that before the start of the measuring process with a power supply device ( 5 ) in connection with the light sensor ( 3 ) enclosing cover ( 2 ) by means of a mechanical device ( 15 ) is guided up to the light-tight seal against the open side of the hollow body ( 1 ) , wherein the diaphragm ( 4 ) is designed as a light-closing quick-closing mechanism,
- 1.2 that after the light-tight closure of the hollow body ( 1 ) by means of the cover ( 2 ), the quick-closing mechanism forming the cover ( 4 ) is opened
- 1.3 that at least one light beam ( 12 ) which is matched to its design is directed onto the hollow body ( 1 )
- 1.4 and that the received from the light sensors ( 3 ) gene useful signals - pulses per unit of time - are evaluated.
- 6.1 daß eine mechanische Vorrichtung (15) vorgesehen ist, mittels der vor Beginn des Meßvorgangs eine den Lichtsensor (3) umschließende Abdeckung (2) für den Hohlkörper (1) bis zum lichtdichten Abschluß gegen die offene Seite des Hohlkörpers (1) geführt wird,
- 6.2 daß der Lichtsensor (3) mit einer Stromversor gungseinrichtung (5) in Verbindung steht
- 6.3 und daß der Lichtsensor (3) mit einer als lichtdicht verschließbarer Schnellschlußmecha nismus ausgebildeten Blende (4) versehen ist.
- 6.1 that a mechanical device (15) is provided which is guided for the hollow body (1) to the light-tight seal against the open side of the hollow body (1) by means of before the start of the measuring operation, a light sensor (3) enclosing cover (2),
- 6.2 that the light sensor ( 3 ) with a Stromversor supply device ( 5 ) is connected
- 6.3 and that the light sensor ( 3 ) is provided with a mechanism designed as a light-tight lockable quick-closing mechanism aperture ( 4 ).
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