当逛超市时,消费者经常根据商品的包装来评价商品。人们判断明显的东西,如统一的填充水平,直的标签,牢固的闭合的帽子,等等。其中许多都是表面文章,但有一个评价要点要重要得多:包装是否泄漏?这并不总是一件容易确定的事情,这使得它更加关键,因为买家可能没有意识到发生了什么,直到他们把产品带回家,才发现它坏了。

泄漏可能非常微妙,因为它不一定是指实际产品损失。较短的保质期和彻底的腐败可以由逃逸的封装内的专门气体导致,使其替换为空气。这种情况是当改进的气氛包装(MAP)用于保持新鲜度时特别关注。

食物新鲜敌人是氧气,因为它随着许多常见成分而易于反应,例如脂肪和油。如果含氧空气可以迫使包装中并用二氧化碳代替,则反应性急剧降低,并且这些关键成分保持其所需的属性。CO.2还能抑制霉菌和好氧细菌的生长。因此,从啤酒到饼干再到碎肉,所有的东西都有了更长的保质期和更高的顾客满意度,这都要感谢CO2

其他MAP选项包括纯氮,可用于必须膨胀的包装,如薯片。一些新鲜蔬菜需要氩气甚至氧气,尽管这些是特殊应用。一氧化二氮经常用作气溶胶产品的推进剂,任何这种气体的泄漏都必须检测。

当给定的包装没有完全密封时,问题就会出现,无论是由于密封过程不完整,还是密封材料上的小孔。随着时间的推移,在运输过程中,当它被放置在商店货架上时,填充气体会排出,新鲜空气会进入,产品的变质速度要比MAP完好无损时快得多。

快速、可靠地检测泄漏

在今天的食品和饮料市场中获得竞争优势,开始了加强包装线的控制。有效的包装过程转化为增加生产,运营效率和更大的客户满意度。然而,找到一种通用方法,以确定包装是否泄漏是挑战,因为托盘,袋子,瓶子,瓶子和其他封装有许多可能的变化(图1)。包装线必须尽快运行,通常每分钟数百个项目,因此任何泄漏检测方法都必须能够跟上。必须检查每个包,因为最终目标是识别和提取各个泄漏包,而不是满足统计采样计划。

一种传统方法使用与当地汽车机械师相同的方法,寻找漏气轮胎的泄漏:浸入水中以找到逃逸的气泡。只有选定的包裹从线上拉动并插入浴缸中,因此这不提供每个项目的检查。如果存在泡沫,它表明,线路和运营商必须捕获问题可能是错误的。如果包装没有足够的内部压力以产生气泡,则可能需要真空泵来产生足够的差异。有时这可以用单独的包完成,在其他情况下,可以同时检查组。该测试方法是破坏性的,并且具有明显的缺点,例如产品损失,因为湿封装通常被丢弃,测试的耗时性质,以及检测气泡的方法,可以调用人类操作员视觉检查。

一种不那么混乱和浪费的方法是将每个包装或一组包装放入一个密封的房间,并对内部施加受控的真空。如果一个包泄漏,腔室将达不到规定的负压水平。这是可行的,但有几个缺点:

  • 腔室必须完全密封,因为任何泄漏都会显示为假阳性。
  • 如果将多个包被选中为组,则没有无法识别泄漏的机制。
  • 包装必须有足够的自由气体来影响整体压力。
  • 该过程需要输送机的停止/启动动作。
  • 测试必须留出足够的时间,使气体从一个小泄漏处逸出。

生产者的关键挑战是找到一个测试方法,为每个提供清晰的密封完整性的封装,准确,自动化,足够快,以跟上高速包装线。幸运的是,有一个答案。

选择最佳的气体检测方法

MAP系统通常在充满特定气体混合物的室内进行最后的密封操作,或者气体从产品本身释放出来,例如在顶部充满二氧化碳泡沫的时候盖上一瓶啤酒。一旦容器移出气侵外壳,气体混合物就会消散。如果在更远的管道下方仍能检测到气体混合物,则有理由认为它已经从泄漏的容器中渗出。

一种有利的因素是使用量子级联激光(QCL)技术检测二氧化碳的能力。该技术采用二氧化碳吸收特定波长红外(IR)光的能力。激光将覆盖在开放空间的窄范围的红外波长范围的光束到检测器(图2)。

图2:QCL分析仪使用红外光来确定二氧化碳的存在。

图2:QCL分析仪使用红外光来确定二氧化碳的存在。来源:艾默生

如果衰减大于整体输出的临界波长,则由于存在二氧化碳。衰减程度可以表明浓度。由于二氧化碳是最常用的地图气体,这成为检测泄漏的非常有用的工具。QCL检测器可以很快起作用,允许100%密封完整性检查,即使在每分钟的速度最高可达200​​包。

实现速度和准确性

转向将二氧化碳检测到有效泄漏检测系统中的能力(图3)需要复杂的方法和机制:

  • 无论尺寸或配置如何,通过传送带通过专门用于包装尺寸和形状的传送带穿过拱门或罩。
  • 系统中的真空泵通过拱形以恒定的速率绘制空气,并将其拉过QCL分析仪元件。
  • 激光源的脉冲持续时间小于1毫秒,允许同时有效地使用多个激光。这些快速脉冲被称为“啁啾”。
  • 射击激光顺序允许在任何时候检测多达四个气体。
  • 当包裹经过时,分析仪可以在几毫秒内检测到最小的二氧化碳气味,从而确定泄漏。
  • 控制系统通过触发拒绝机构以将泄漏封装从输送机推开,定时以与传送速度重合来响应。
  • 动作是连续的:产品移动,气流流动,激光操作不需要暂停。

图3:QCL系统,例如emerson rosemount™CT4215包装泄漏检测系统,检测缺陷包装的痕量气体。

图3:QCL系统,例如emerson rosemount™CT4215包装泄漏检测系统,检测缺陷包装的痕量气体。QCL技术使系统易于集成到包装线中,安装和配置,同时占用非常小的输送空间。来源:艾默生

自然,机制的细节会根据包的类型而变化。一瓶啤酒的内部压力能够排出二氧化碳,但一盘密封的碎牛肉却不能。在这种情况下,该系统可能包括一个机械装置,可以在气体通过引擎盖下时轻轻挤压气体包,迫使气体通过泄漏处。所有事情都必须在200毫秒内完成,才能跟上典型的生产速度。

除了分析仪单元和信号处理电子产品之外,这种单元还具有自己的真空泵和气动控制。在大多数应用中,机柜连接到实用的抑制装置(图4)。

图4:该系统是独立的,可以连接到安装在输送机上的甩料装置。

图4:该系统是独立的,可以连接到安装在输送机上的甩料装置。来源:艾默生

对于非常大的包装,如小桶或纸箱,可以进行其他安排。系统电子独立运行,但它们也将数据发送到更大的封装控制系统。例如,连续运行一定数量的泄漏包,或很高比例的不合格包,可能会触发线路关闭,并促使操作人员寻找一个常见的原因。一个报警堆栈灯也可以被编程为闪烁为每个拒绝,或它可以被编程为指示一些其他的条件。所有这些功能都是可编程的,由生产经理指导。系统电子也执行自我诊断,以确保气动功能,和分析仪细胞本身,是正常执行。

操作员显示器显示各种信息,包括正常背景二氧化碳浓度的变化与泄漏的签名方案(图5)。分析仪的敏感性细胞和它的速度可以检测二氧化碳可以发现一个洞作为sealed-tray包,小至0.2毫米即使在每分钟200包的速度下。

图5:泄漏通常记录为短暂的二氧化碳峰值。

图5:泄漏通常记录为短暂的二氧化碳峰值,所以如果在传送带上有一些分离,很容易识别具体的包。来源:艾默生

如前所述,二氧化碳并不是MAP所使用的唯一气体。由于氮气和氧气是大气中的主要成分,使用QCL来检测这些成分,达到泄漏检测所需的精度实际上是不可能的。答案是根据应用情况,以低至10%的二氧化碳浓度来增加这些其他气体的排放量。这解决了检测挑战,而没有实质性地影响保护性能。其他气体和蒸汽可以通过使用QCL将激光改变为能够以不同频率发射的激光来检测。例如,酒厂或酿酒厂可以使用这种方法来检测从瓶或桶中逃逸的乙醇。

避免平面啤酒

作为一个恰当的例子,北美最大的啤酒厂之一使用这种解决方案来确保桶装生啤酒在运往酒吧和餐馆之前完全密封。该啤酒厂一直使用在线光学相机测试解决方案,但发现它不能提供所需的精度。它显示了假阳性和假阴性,这意味着一些好的桶被标记为泄漏,而不好的桶被客户拿走了。

该公司在世界各地的工厂有110条装桶生产线,所以问题的规模是巨大的。最初安装的罗斯蒙特CT4215包装泄漏检测系统(图6)证明,即使在全线速度下,也比现有的系统准确得多。这导致了立即的改进,减少了产品泄漏和浪费,同时确保了产品质量。

图6:使用艾默生罗斯蒙特CT4215包装泄漏检测系统可以很容易地识别未完成的密封。

图6:使用艾默生罗斯蒙特CT4215包装泄漏检测系统可以很容易地识别未完成的密封。来源:艾默生

根据初步成功,该公司一直在遵循全球所有小桶线的计划。

减少肉类加工业的浪费

肉包装行业是一个沉浸式泄漏测试技术的一个领域,因为各种技术原因幸存下来,但主要是因为公司没有找到更实用的替代方案。大型植物通常具有30个或更多的包装线,从单一牛排或排骨中处理任何东西,以散装地面产品。结果,可以用真空密封的大型透明浸入罐用于评估任何尺寸,一次性或基团的样品包装。

这需要微量手动操作和时间,因此与总输出相比,采样率非常低。它也增加了废物,因为一些测试包装被报废。但最糟糕的是,大多数泄漏的包裹仍未存在。它们是发货,只能由客户检测到,导致投诉和退货。

一家工厂安装了一个罗斯蒙特CT4215包装泄漏检测系统作为测试,对关键包装线进行100%检查,并与常规的手动水箱检查并排运行。该试验帮助该公司确定了1.5%的产品如果按照传统做法可能会被浪费掉。在没有浸泡在水箱中的情况下迅速捕获,许多密封不当的包裹被证明是可回收的。基于工厂每年2000万磅的产量,这产生了30万磅的“自由”生产。

快速、准确、可靠

QCL泄漏检测提供了能够提供更可靠的生产和提高运营效率的能力的组合,导致浪费更少,客户满意度更少。设备本身,包括激光测量单元,需要非常少的维护和校准。激光啁啾作用提供连续操作激光器但具有很少的实际操作时间的效果,导致测量单元的使用寿命长。无论用于地图操作的气体如何,QCL检测都解决了包装检查挑战。

参考文献

  1. “用QCL技术检测包装和容器泄漏,”铁工程研发韦恩实验室,2018年12月21日
  2. Rosemount CT4215包装泄漏检测系统:https://www.emerson.com/en-us/catalog/rosemount-ct4215-packaging-leak-detection-system