密封狀況檢測裝置的製作方法
2023-12-11 10:09:32
專利名稱：密封狀況檢測裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種密封狀況檢測裝置。
背景技術：
傳統上，在生產裝有諸如牛奶或軟飲料的液體食物的包裝容器時，將織物狀包裝材料、紙板坯料狀包裝材料或類似材料通過使用熱密封、超聲密封或類似方法在預定位置進行密封，形成包裝容器。例如，當使用織物狀包裝材料，在一臺充填設備中，將織物狀包裝材料形成管狀；使用第一密封裝置將管狀包裝材料沿縱向密封。在充填液體食物時，使用第二密封裝置，將縱向密封的管狀包裝材料沿橫向密封，並以預定間隔切割，從而產生枕頭狀的原型容器。接著將原型容器形成為最終的包裝容器。
同時，為了密封上述包裝材料，以預定的抓持壓力從相對兩側抓住包裝材料，通過使用加熱將包裝材料表面上的樹脂熔化，從而將包裝材料的表面熔化在一起。但是，例如，當抓持壓力太高時，熔化的樹脂從密封部分擠出。結果，保留在密封部分的樹脂量不足，可能造成密封缺陷的產生。出現密封缺陷將導致液體食物從包裝容器中洩露，或者空氣進入包裝容器中，導致液體食物變質。
這樣，操作者倒空所有包裝容器的流體食物，將空的包裝容器切開，並肉眼檢查縱向密封部分或第一密封部分，以及橫向密封部分或第二密封部分，以便從包裝容器內部檢查密封狀況。
但是，檢測密封狀況的上述傳統方法包括操作者對缺陷出現的主觀判斷，從而不能可靠地檢測密封狀況。
本發明的一個目的是解決檢測密封狀況的傳統方法中的上述問題，並提供一種能可靠地檢測密封狀況的密封狀況檢測裝置。
發明內容
為了達到上述目的，本發明的密封狀況檢測裝置包括電變量檢測部分，用於在密封狀況將被檢測部分進行電變量檢測；密封狀況指示器數值計算處理裝置，用於根據電變量計算指示將被檢測部分密封狀況的密封狀況指示器數值；以及密閉狀況判斷處理裝置，用於從密封狀況指示器數值判斷密封狀況是好的還是有缺陷。
在這種情況下，根據被檢測部分的電變量數值計算被檢測部分的密封狀況指示器數值，並且根據密封狀況指示器數值判斷密封狀況是好的還是有缺陷。
因此，不涉及操作者的主觀性就能判斷密封缺陷的出現。結果，能可靠地檢測密封狀況。
在本發明另一個密封狀況檢測裝置中，密封狀況指示器數值是將被檢測部分的電容。
在本發明又一個密封狀況檢測裝置中，密封狀況指示器數值是將被檢測部分的損耗係數。
在本發明再一個密封狀況檢測裝置中，密封狀況指示器數值是將被檢測部分的電容和損耗係數。
在又一個本發明的密封狀況檢測裝置中，電變量是施加在將被檢測部分的電壓和流過將被檢測部分的電流。
在又一個本發明的密封狀況檢測裝置中，還包括相位分離部分，用於根據流過將被檢測部分的電流，檢測具有與施加在將被檢測部分的電壓相位相同相位的同相分量、以及具有與施加在被檢測部分的電壓相位不同相位的異相分量。
附圖簡述
圖1是表示在本發明一個實施例中的充填設備的主要部分的示意圖；圖2是根據本發明實施例的密封狀況檢測裝置的示意圖；圖3是表示根據本發明實施例的、檢測密封狀況的方法的原理的示意圖；圖4是根據本發明實施例的、密封狀況檢測裝置的框圖；以及圖5是表示根據本發明的、密封狀況檢測裝置運行的波形圖。
具體實施例方式
下面參考附圖詳細描述本發明的實施例。在描述本發明的同時，將提及用於檢測磚狀包裝容器密封狀況的密封狀況檢測裝置。但是，本發明可以用於檢測其它類型包裝容器的密封狀況的密封狀況檢測裝置。
圖1是表示根據本發明實施例的、充填設備的主要部分的示意圖。
由未圖示的包裝材料生產設備生產的織物狀包裝材料被置於未圖示的充填設備的輸送單元上，通過輸送單元輸送，並利用供料機使其經過充填設備。
在包裝材料運動的同時，在包裝材料中衝出未圖示的孔，並且將未圖示的內帶和未圖示的拉片貼在包裝材料上，使其覆蓋衝出的孔。隨後，使包裝材料垂直運動。在被沿運動方向布置的未圖示的多個成形環導向時，垂直運動的包裝材料形成管狀。管狀的包裝材料通過未圖示的第一密封裝置沿縱向密封，從而形成包裝材料管11。
隨後，藉助未圖示的充填管將液體食物從上方裝入包裝材料管11中。接著，構成第二密封裝置的第一和第二密封鉗裝置44和45從相對兩側抓住密封材料管11。包裝材料管11以預定的縱向間隔被沿橫向密封，並通過成形片46和47引起的變形成形為枕頭狀原型容器18。
每個第一和第二密封鉗裝置44和45具有切割鉗51和熱密封鉗52。在這種情況下，雖然包裝材料管11以間斷的方式向下輸送，但相同結構的第一和第二密封鉗裝置44和45交替地工作，使它們的工作循環彼此偏移半個循環，從而增強充填設備的處理速度。
切割鉗51在前端(圖1中的右手端)具有截盤53，熱密封鉗52在前端(圖1中的左手端)具有密封塊(感應器絕緣體)54，密封塊54具有兩個感應器55。切割鉗51和熱密封鉗52向前運動時，將通過截盤53和密封塊54從相反兩側抓住包裝材料管11，從而使包裝材料管11的相對表面彼此接觸。這樣抓住的包裝材料管11在抓持部分經過橫向密封，從而形成包括兩條密封線的第二密封部分S。
橫向延伸的平切割刀56設置在切割鉗51的中心，使切割刀56能前進和後退(能在圖1中向右和向左運動)。當切割刀56前進(在圖1中向右運動)時，切割刀56在兩條密封線之間的中間位置切割第二密封部分S。
在切割刀56的後端(圖1中左手端)具有缸體57，通過向缸體57提供壓縮空氣或類似的物質並從缸體57中將其放出，使切割刀56前進和後退。一對成形片46和47分別樞轉地裝在切割鉗51和熱密封鉗52上，使其包圍和引導包裝材料管11，並適於在引導包裝材料管11時將包裝材料管11成形為磚形。
在圖1中，第一密封鉗裝置44處於密封切割開始位置。在密封切割開始位置，第一密封鉗裝置44使切割鉗51和熱密封鉗52前進，從而從相對兩側抓住包裝材料11，由此使包裝材料11的相對表面彼此接觸。接著，在抓住包裝材料管11時，第一密封鉗裝置44向下運動。在向下運動期間，形成第二密封部分S，從而形成原型容器18。
在圖1中，第二密封鉗裝置45處於密封切割結束位置。第二密封鉗裝置45剛到達密封切割結束位置之前，使第二密封鉗裝置45的切割刀56前進並切割兩條密封線之間中間位置處的第二密封部分S，從而將原型容器18分離。
當在兩條密封線之間的中間位置處切割第二密封部分S時，使第二密封鉗裝置45的切割鉗51和熱密封鉗52後退並以旋轉的方式向上運動到密封切割開始位置。在密封切割開始位置，當第二密封鉗裝置45開始使切割鉗51和熱密封鉗52前進時，第一密封鉗裝置44的切割刀56前進並在兩條密封線之間的中間位置切割第二密封部分S，從而將原型容器18分離。
注意，第一和第二密封鉗裝置44和45中的每一個具有未圖示的缸體機構。在密封切割開始位置，向缸體機構供應壓縮空氣或類似物質，將切割鉗51和熱密封鉗52拉向一起，從而增大抓持壓力以便密封。
隨後，將每個原型容器18沿先前形成的摺疊線進行摺疊，以便形成預定的形狀，從而成為含有預定數量液體食物的磚形包裝容器。
同時，包裝材料呈現出層疊結構，例如，層疊結構包括由諸如聚乙烯的樹脂形成的並作為內層的第一樹脂層、作為阻擋層的鋁箔層、紙基體、以及由諸如聚乙烯的樹脂形成的並作為外層的第二樹脂層，當包裝材料成形包裝容器時，這些層從內向外按照這個順序排列。注意，不用鋁箔層，由諸如聚酯的樹脂形成的樹脂層可以用作阻擋層。參考數字38表示引導包裝材料管11的引導輥。
為了密封包裝材料，利用切割鉗51和熱密封鉗52從相對兩側以預定的抓持壓力抓住包裝材料，並將包裝材料暴露在熱或超聲振動下，從而通過熔化第一和第二樹脂層將包裝材料的表面熔化在一起。但是，例如，當抓持壓力太高時，熔化的樹脂從第二密封部分S擠出。結果，保留在第二密封部分S的樹脂數量變得不足，可能導緻密封缺陷的出現。密封缺陷的出現將導致液體食物從包裝容器中洩露，或者空氣進入包裝容器中，使液體食物變質。
這樣，操作者倒空整個包裝容器的液體食物，將空的包裝容器切開，並從包裝容器的內部檢查第一密封部分、第二密封部分S以及類似部分的密封狀況。但是，肉眼檢查密封狀況引入操作者對缺陷出現的主觀判斷，從而不能可靠地檢查密封狀況。
下面將描述一種密封狀況檢測裝置，它能電子地檢測密封部分的密封狀況。注意，由於第一密封部分表現出與第二密封部分S相同的結構，因此省略關於第一密封部分的描述。
圖2是根據本發明實施例的密封狀況檢測裝置的示意圖；圖3是表示根據本發明實施例的、檢測密封狀況的方法的原理的示意圖；圖4是根據本發明實施例的、密封狀況檢測裝置的框圖；以及圖5是表示根據本發明的、密封狀況檢測裝置運行的波形圖。
在附圖中，參考符號S表示第二密封部分，參考數字17表示包裝材料。包裝材料17包括第一樹脂層12、鋁箔層13、紙基體14和第二樹脂層15。當包裝材料管11(圖1)將要橫向密封時，使切割鉗51和熱密封鉗52前進，從而從相對兩側抓住包裝材料管11，然後施加熱量或超聲振動。此時，第一樹脂層12相互面對的部分彼此接觸，並且用於形成第一樹脂層12的樹脂例如聚乙烯熔化，從而形成熔化部分16。
在第二密封部分S，包裝材料17相互面對的兩個部分通過熔化部分16層疊並接合在一起。由於第一和第二樹脂層12和15以及類似的層是由介電材料形成的，因此第二密封部分S起到電容器31的功能。當阻擋層由諸如聚酯的樹脂形成時，阻擋層由介電材料形成。未圖示的結合層由置於鋁箔層13和紙基體14之間的粘結劑形成。結合層是由介電材料形成的。
第二密封部分S作為用於檢測密封狀況的部分F。密封狀況檢測裝置根據在部分F通入AC電流時測量的部分F的電容檢測被檢測部分F的密封狀況。電容作為第一密封狀況指示器值，用於指示被檢測的部分F的密封狀況。
為了執行上述檢測，密封狀況檢測裝置包括兩個電極21和22；電源單元(AC)23，用作施加電壓的產生部分，產生施加在被檢測部分F上的電壓；電流傳感器24，用作電變量檢測部分，檢測被檢測部分F的電變量；檢測處理部分25，用於執行將電源單元23產生的讀數電壓以及電流傳感器24檢測的電流進行處理；控制部分26，包括用於控制整個密封狀況檢測裝置的CPU；顯示單元27，包括指示燈和顯示器；操作部分28，用於執行各種操作；以及存儲單元29，用於記錄預定的數據。電流傳感器24用作電流檢測部分並檢測流過被檢測部分F的AC電流，作為上述的電變量。根據此實施例，檢測處理部分25直接讀出指示電源單元23產生的電壓的信號，從而檢測電壓。但是，可以使用未圖示的電壓傳感器作為電壓檢測部分，使檢測處理部分25讀出電壓傳感器檢測的電壓。
電極21和22是由具有預定面積的導電材料板製成的，並且放置在彼此相對的位置。當檢測部分F的密封狀況時，將電極21和22以預定的壓力壓向被檢測的部分F，從而將被檢測的部分F夾在它們之間。這樣，電極21和22中至少一個相對於另一個能前進和後退(在圖2中可垂直運動)，並且是被未圖示的驅動機構驅動的。電極21和22通過電源單元23和電流傳感器24互相連接，並適於為被檢測的部分F施加電源單元23產生的預定電壓。
施加在被檢測部分F上的電壓是根據包裝材料17的性質確定的，例如，根據第一樹脂層12、鋁箔層13、紙基體14和第二樹脂層15的材料及厚度。當電壓施加到被檢測的部分F時，電源單元23和被檢測的部分F形成如圖3所示的等效電路。被檢測部分F表示為並聯電路，其中具有電容Cp的電容器31以及具有電阻Rp的內阻32是並聯連接的。當電容器31和內阻32用於表示等效電路時，容器器31和內阻32以並聯或串聯形式連接，取決於電容器31和內阻32每個的阻抗。由於在第二密封部分S的情況下，當內阻32的阻抗相對於電容器31的阻抗非常大時，它們一般地連接成並聯。
當s表示每個電極21和22的面積，d表示被檢測部分F的厚度，即，加載電極之間的距離(電極21和22之間的距離)，以及ε表示介電常數，上述電容Cp表示為Cp＝εs/d在這種情況下，被檢測分F的介電常數ε根據包裝材料17的性質例如第一樹脂層12、鋁箔層13、紙基體14和第二樹脂層15的材料和厚度而變化。介電常數ε的變化導致被檢測部分F的電容Cp變化。特別是，被檢測部分F的介電常數ε根據介電材料形成的層例如第一和第二樹脂層12和15以及紙基體14的材料和厚度較大地變化。被檢測部分F的介電常數ε的大變化導致被檢測部分F的電容Cp大變化。
而且，加載電極之間的距離d隨第二密封部分S的密封狀況而變，例如，樹脂的熔化溫度、切割鉗51和熱密封鉗52施加的抓持壓力。加載電極之間距離d的變化導致被檢測部分F的電容Cp變化。例如，熔化溫度或抓持壓力越高，在第二密封部分S側邊擠出的熔化樹脂越多。這樣，熔化部分16的厚度相應地減小。因此，加載電極之間的距離d減小，從而被檢測部分F的電容Cp相應地增大。
熔化部分16的熔化程度隨密封第二密封部分S的方法，即密封方法而變化。熔化程度的變化導致被檢測部分F的電容Cp的變化。至於密封第二密封部分S的方法，可以使用塊密封方法和熔化密封方法。例如，當使用塊密封方法時，不涉及第一樹脂層12的樹脂熔化。因此，熔化部分16難以形成，第一樹脂層12的互相面對部分僅僅是互相粘貼。第二密封部分S處的樹脂數量不減小，因此，加載電極之間的距離d仍操持不變，被檢測部分F的電容Cp保持不變。
相比之下，當使用熔化密封方法時，第一樹脂層12的樹脂熔化，從而通過熔化將包裝材料17相互面對部分結合在一起。在這種情況下，第二密封部分S的樹脂量減小，從而加載電極之間的距離d減小，被檢測部分F的電容Cp相應地增大。
並且，在通過第二密封裝置密封第二密封部分S時，電極21和22接觸面積根據密封結構而變，例如由密封線長度表示的密封長度和由密封線寬度表示的密封寬度。電極21和22的接觸面積變化導致電極21和22的面積S顯明變化，從而被檢測部分F的電容Cp相應地變化。
如上所述，被檢測部分F的電容Cp取決於包裝材料17的性質、密封裝置的密封條件、密封方法、密封裝置的結構等等。因此，電容Cp可以用作密封狀況的指示器，用於判斷密封狀況是好還是有缺陷。
因此，根據包裝材料17的性質、密封裝置的密封條件、密封方法、密封裝置的結構等等設定電源單元23產生的電壓Vs。
在圖3所示的等效電路中，當Icp和Irp分別代表流過電容器31和內阻32的電流時，在電源單元23向被檢測部分F提供頻率f的電壓Vs時，電容器31的阻抗Zc表示為Zc＝1/(2π·f·Cp) (1)因此，電流Icp表示為Icp＝Vs/Zc＝2π·f·Cp·Vs (2)接著，電容Cp表示為Cp＝Icp/(2π·f·Vs) (3)注意，電壓Vs作為施加的電壓；電流Icp作為第一檢測部分電流；以及電流Irp作為第二檢測部分電流。
損耗係數D，用作指示被檢測部分F密封狀況的第二密封狀況指示器數值，可以表示為D＝1/(2π·f·Cp·Rp) (4)因此，內阻32的電阻Rp表示為Rp＝1/(2π·f·Cp·D) (5)流過內阻32的電流Irp表示為Irp＝Vs/Rp(6)將式(5)代入式(6)，得到Irp＝(2π·f·Cp·D)·Vs (7)將式(3)代入式(7)，得到Irp＝Icp·D
因此，損耗係數D表示為D＝Irp/Icp (8)即，損耗係數D可以表示為電流Icp與電流Irp之比，因此可以用作密封狀況的指示器，用於判斷密封狀況是好還是有缺陷。
流過被檢測部分F的電流It表示為It＝Icp+Irp (9)由於電容Cp可以通過式(3)進行計算，損耗係數D可以由式(8)計算，因此當電壓Vs和電流Icp和Irp已知時，可以計算電容Cp和損耗係數D。
在這種情況下，電容器31和內阻32等效地在在於被檢測部分F，不能從被檢測部分F的外部進行檢測。
這樣，根據電流傳感器24檢測的電流It，可以計算電流Icp和電流Irp。在這種情況下，如圖5所示，由於電流Irp是流過內阻32的一分量，因此電流Irp與施加到被檢測部分F的電壓Vs具有相同的相位。由於電流Icp是流過電容器31的一分量，因此電流Icp的相位與電壓Vs的相位差90°(超前90°)。因此，電流It被輸送到(實際上，電流It被轉換成電壓Vt，再輸送電壓Vt)相位分離電路，將電流It分離成電流Icp和電流Irp。
這樣，檢測處理部分25包括A/D轉換器61，用於讀取電源單元23的電壓Vs並對讀出的電壓Vs進行模—數轉換；電流—電壓轉換器62，用於讀取電流It並將讀出的It轉換成電壓Vt；同相分量檢測部分33，用於檢測電壓Vt中相位與電壓Vs相位相同的同相分量；異相分量檢測部分34，用於檢測電壓Vt中相位與電壓Vs相位不同的異相分量；A/D轉換器35，用於讀取同相分量檢測部分33檢測到的同相分量並將讀出的同相分量進行模—數轉換；以及A/D轉換器36，用於讀取異相分量檢測部分34檢測的異相分量並將讀出的異相分量模—數轉換。注意，同相分量檢測部分33和異相分量檢測部分34構成相位分離電路，用作相位分離部分。
這樣，可從A/D轉換器61輸出數位訊號形式的電壓Vs；可從A/D轉換器35輸出數位訊號形式的電流Irp；以及可從A/D轉換器36輸出數位訊號形式的電流Icp。將輸出的電壓Vs和電流Icp和Irp輸送到控制部分26。注意，A/D轉換器61用作施加電壓的檢測部分；異相檢測部分34和A/D轉換器36構成第一被檢測部分的電流檢測部分；以及同相檢測部分33和A/D轉換器35構成第二被檢測部分的電流檢測部分。
控制部分26讀取電源單元23、電壓Vs、和電流Icp和Irp中設定的頻率f。隨後，控制部分26的未圖示的電容計算處理裝置執行電容計算過程，其中通過式(3)計算電容Cp。控制部分26的未圖示的損耗係數計算處理裝置執行損耗係數計算過程，其中通過式(8)計算損耗係數D。注意，電容計算處理裝置和損耗係數計算處理裝置構成密封狀況指示值計算處理裝置。密封狀況指示值計算處理裝置執行密封狀況指示值計算過程，其中計算電容Cp和損耗係數D。
存儲單元29以表的形式存儲基準電容Cpref和基準損耗係數Dref，它們是根據包裝材料17的性能、密封裝置的密封條件和方法以及密封裝置的結構事先計算的，使基準電容Cpref和基準損耗係數Dref提供給不同類型包裝材料17、密封條件、密封方法和密封狀況的每種組合。
控制部分26的未圖示的第一密封狀況判斷處理裝置執行第一密封狀況判斷過程，其中第一密封狀況判斷處理裝置參考上述表，對比基準電容Cpref與電容計算處理裝置計算的電容Cp，並判斷如下計算的差值ΔCp是否等於或小於一個閾值CpthΔCp＝|Cp-Cpref|當差值ΔCp等於或小於閾值Cpth時，第一密封狀況判斷處理裝置判斷密封狀況是好的。當差值ΔCp大於閾值Cpth時，第一密封狀況判斷處理裝置判斷密封狀況是有缺陷的。以這種方式，第一密封狀況判斷處理裝置能判斷密封狀況是好的還是有缺陷的。
控制部分26的未圖示的第二密封狀況判斷處理裝置執行第二密封狀況判斷過程，其中第二密封狀況判斷處理裝置參考上述表，對比基準損耗係數Dref與損耗係數計算處理裝置計算的損耗係數D，並判斷如下計算的差值ΔD是否等於或小於一個閾值DthΔD＝|D-Dref|當差值ΔD等於或小於閾值Dth時，第二密封狀況判斷處理裝置判斷密封狀況是好的。當差值ΔD大於閾值Dth時，第二密封狀況判斷處理裝置判斷密封狀況是有缺陷的。以這種方式，第二密封狀況判斷處理裝置能判斷密封狀況是好的還是有缺陷的。
如上所述，根據對被檢測部分F施加電壓Vs時流過被檢測部分F的電流It，對密封狀況是好的還是有缺陷的做出判斷。因此，能不引入操作者的主觀性判斷密封缺陷的出現，由此可靠地檢測密封狀況。
在本發明實施例中，在第一密封狀況判斷處理和第二密封狀況判斷處理的每一個中，對密封狀況是好的還是有缺陷的進行判斷。但是，可以根據第一密封狀況判斷處理和第二密封狀況判斷處理的處理結果，對密封狀況是好的還是有缺陷的進行判斷。
本發明不限於上述實施例。在本發明的精神範圍內可以對本發明做出很多修改和變化，而這些並不排出在本發明的範圍之外。
工業適用性本發明可以應用於密封狀況檢測裝置，用於檢測包裝容器的密封狀況。
權利要求
1.一種密封狀況檢測裝置，包括(a)電變量檢測部分，用於在密封狀況將被檢測部分進行電變量檢測；(b)密封狀況指示器數值計算處理裝置，用於根據電變量計算指示將被檢測部分密封狀況的密封狀況指示器數值；以及(c)密閉狀況判斷處理裝置，用於從密封狀況指示器數值判斷密封狀況是好的還是有缺陷。
2.如權利要求1所述的密封狀況檢測裝置，其特徵在於，密封狀況指示器數值是將被檢測部分的電容。
3.如權利要求1所述的密封狀況檢測裝置，其特徵在於，密封狀況指示器數值是將被檢測部分的損耗係數。
4.如權利要求1所述的密封狀況檢測裝置，其特徵在於，密封狀況指示器數值是將被檢測部分的電容和損耗係數。
5.如權利要求1到4中任一項所述的密封狀況檢測裝置，其特徵在於，電變量是施加在將被檢測部分的電壓和流過將被檢測部分的電流。
6.如權利要求5所述的密封狀況檢測裝置，其特徵在於，還包括相位分離部分，用於根據流過將被檢測部分的電流檢測具有與施加到將被檢測部分的電壓相位相同相位的同相分量、以及具有與施加到將被檢測部分的電壓相位不同相位的異相分量。
全文摘要
本發明的目的是提供一種能可靠地檢測密封狀況的密封狀況檢測裝置。密封狀況檢測裝置包括電變量檢測部分，用於在密封狀況將被檢測部分(F)進行電變量檢測；密封狀況指示器數值計算處理裝置，用於根據電變量計算指示將被檢測部分(F)密封狀況的密封狀況指示器數值；以及密閉狀況判斷處理裝置，用於從密封狀況指示器數值判斷密封狀況是好的還是有缺陷。在這種情況下，根據將被檢測部分(F)的電變量數值計算將被檢測部分(F)的密封狀況指示器數值，並且根據密封狀況指示器數值判斷密封狀況是好的還是有缺陷。因此，不涉及操作者的主觀性就能判斷密封缺陷的出現。結果，能可靠地檢測密封狀況。
文檔編號B29C65/82GK1605019SQ0282538
公開日2005年4月6日 申請日期2002年12月26日 優先權日2001年12月27日
發明者大塚雄三 申請人:泰特拉-拉瓦爾金融控股公司