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在生產線中使用熱像儀進行密封檢測 2024-8-23




       許多食品、藥品、醫療用品和其他商品都使用袋子、瓶子等材料進行包裝,這些包裝再通過加熱進行密封。用不同的方法來加熱袋子密封,最終都會出現相同的結果:兩種材料被連接在一起,形成一個緊密的包裝密封。封口之后,使用紅外熱像儀檢測封口的熱信號,再進行識別,就可以判斷是否密封良好。


熱袋與瓶蓋密封


熱袋密封或包裝密封

是指將塑料材料加熱到其熔點,從而使材料融合在一起的密封方法。一些包裝密封設計具有預定的粘合區域以形成密封。


瓶蓋的感應密封

       這種方法通常用于瓶蓋應用。在瓶蓋密封的情況下,給瓶子蓋上蓋子之前,將襯墊插入瓶蓋中。襯墊可以是鋁箔或包含一層紙板,襯里涂有面向瓶子的粘合劑。將瓶蓋擰到瓶子上后,瓶子在感應加熱器下方移動。鋁箔現在被感應加熱器線圈磁場中產生的渦流加熱,同時瓶子沿著傳送帶移動,鋁箔加熱并熔化粘合劑,蓋的壓力確保了襯墊在粘合劑冷卻后粘附在瓶子上。



密封方法


壓板熱封機

使用加熱板是常見的熱封方法,這些加熱板根據包裝密封區域的形狀制作。典型的包裝設計是頂部帶有塑料箔的杯子或容器。包裝沿著輸送線下來,加熱板封口機壓在頂部箔上,將其熱量傳遞到包裝密封區域。


帶式封口機

帶式封口機通常用于連續袋封口,袋子在密封過程中會在傳送帶上移動,袋子通過帶式封口機移動,同時封口機將熱量傳遞到袋子封口上。


超聲波封口機

另一種常見的袋子密封技術是使用超聲波直接在封口中產生熱量,這在紙袋應用中很常見。提前在袋子密封處涂上一層粘合劑,然后將紙袋插入超聲波封口機的鉗口中,強大的超聲波能量在短時間內爆發,被引導到袋子密封區域。導致粘合劑覆蓋的袋子密封區域振動,摩擦和振動一起產生熱量,進而使粘合劑熔化并進行袋子密封,所有這一切都發生在幾分之一秒內。


除了這些之外,還有其方法和技術,例如:摩擦焊接、射頻(RF)焊接和激光焊接等。

以上只是包裝行業中常見的一些例子。


密封檢測的必要性

首先,在包裝密封的工作中,并不是每個包裝密封應用都經過了嚴格的檢查。

其次,基于熱成像的檢測系統適用于關鍵的包裝應用。關鍵應用是指密封薄弱、密封不偏不倚,甚至很小的泄漏都會導致重大問題的應用。

最后,基于紅外熱成像的熱袋密封檢測技術具有獨特的優勢,因為它是一種非接觸式溫度測量方法。

然而,根據用于袋封材料的熱物理特性,有些檢測過程可能具有挑戰性。有些材料不適合基于熱成像的檢測,例如:某些金屬膜,它們本質上可能具有高度反射性。即使包裝材料在人眼看來不是很有光澤,使用紅外熱像儀進行檢測仍然可能存在問題。

我們需要配合客戶進行可行性驗證,正確評估各種材料在紅外光譜中的成像以及檢測應用程序是否有效。


檢測時機的重要性

IMPORTANCE

下圖是從超聲波焊接密封件拍攝的熱圖像。此時間序列說明了焊接區域的熱特征如何隨時間變化。

圖片

熱封的熱像時間序列


熱量被引導到袋子密封中的時間越長,熱特征擴散的就越多。來自較熱區域的熱能流向較冷的區域這種熱擴散的一個副作用是密封件的熱特征被沖走并變得非常模糊。

因此,如果密封件中有一個區域沒有得到正確密封,這個區域往往比周圍更冷,由此產生的熱對比可用于檢測袋子密封中的缺陷。然而,隨著時間的推移,這種熱對比開始逐漸消失,使缺陷檢測的可靠性降低。




應用案例 – 紙袋密封檢測



讓我們看一個實際袋子密封檢測的應用,以下示例使用了熱像儀和定制開發的熱成像軟件。紙袋正在用超聲波封口機密封,一旦密封,袋子就會被扔到傳送帶上。接近傳感器檢測袋子并觸發熱像儀,熱成像軟件分析袋子的熱特征,并確定密封是好是壞。


圖片

如上圖所示,可見的是超聲波袋封口機、傳送帶、封口朝前的紙袋、FLIR熱像儀和運行定制熱袋封口檢測軟件的工業PC。


熱袋密封檢測的時間窗口1

如下圖,確定拍攝密封件熱圖像的正確時間窗口至關重要。


圖片

熱袋密封檢測時間窗口選擇示意圖


有時熱量需要一些時間才能上升到材料表面,因此,過早或過晚拍攝圖像都不會產生令人滿意的結果。


下面黑白圖像序列是熱時間序列,我們基本上停止了傳送帶。

圖片

紙袋封口紅外熱圖像序列


可以看到密封后 0 到 5 秒之間的密封件的熱特征仍然非常明顯。該密封件由兩條水平線組成,從圖像四(t=8 秒)開始,雙線特征開始滲色,所以在 5 秒后執行的熱圖像分析將變得非常具有挑戰性。
該測試有助于我們確定熱像儀的放置位置,具體取決于輸送帶速度以及這種特定紙袋密封應用的材料。


熱袋密封檢測的時間窗口2

從較熱區域到較冷區域的溫度均衡問題,可能導致不良密封但最終看起來是好的。

這種熱均衡效應在如下的3張圖片中以圖形方式說明。

圖片

良好-缺陷檢測示意圖


在熱量均衡之前,越早暴露,檢查就越有可能發現缺陷。淺紅色區域表示袋子密封區域上的熱特征高于特定溫度閾值。

檢測到的間隙是存在熱量不足的密封區域,這將導致密封缺陷或不完整,也可能導致產品泄漏或濕氣滲入產品。

正確理解這種熱均衡效應決定了是否能夠正確識別密封缺陷。


密封良好

示例


圖片


上面顯示了紅外熱圖像(垂直密封方向)和相應的處理圖像,使用了一種常見的機器視覺處理步驟(稱為“圖像閾值”)來創建斑點圖像,本例中的閾值與密封溫度直接相關。

我們期望的好密封件是密封件形狀的連續紅色區域,也可以使用其他的評估功能來進一步檢查密封的質量,例如:測量沿密封區域的寬度和長度或尋找孤立的中斷斑點。


密封缺陷

示例




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1

2



圖片




根據應用的不同,有多種缺陷模式。如果可以正確理解這些表征不同的缺陷模式如何影響密封的熱特征,那么這是一項很好的工程實踐。



熱袋密封檢測應用中的常見挑戰


熱袋密封檢測應用面臨許多挑戰,源于密封方法、材料的熱物理特性、環境以及動態行為。


下面總結了袋子密封應用中常見的挑戰:


· 比熱導率(熱擴散率)

· 發射率(材料散熱的能力)

· 反射率(低發射率表面反射率)

· 透射率(某些涂層和薄膜塑料)

· 由于快速移動的部件導致的運動模糊

· 密封面積與密封寬度的縱橫比(分辨率問題)

· 環境溫度波動

· 過程漂移(啟動、動態條件等)


綜上,FLIR熱像儀適用于生產線中的各種密封檢測,準確拍攝出熱圖像,發現密封缺陷,為您減少生產包裝中出現的問題,滿足您的需求,和謙圖像期待您的垂詢。


FLIR

產品展示


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FLIR A50/A70系列

自動化集成用小型紅外熱像儀


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FLIR A400/A500/A700系列

自動化集成用紅外熱像儀


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FLIR A655sc科研級

高分辨率高速長波紅外熱像儀


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FLIR A6301系列

高級中波紅外熱像儀


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FLIR A6750 SLS

高性能制冷長波紅外熱像儀

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