CH639489A5 - Pruefeinrichtung mit einem mehr-wellenlaengen-spektrophotometer zur pruefung eines behaelterinhalts, insbesondere fuer ampullenkontrolle. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Prüfeinrichtung mit einem Mehr-Wellenlängenspektrophotometer zur Prüfung eines Behälterinhalts, insbesondere zur optischen Feststellung von Lecks in Ampullen mit Hilfe der sogenannten Farbbadtechnik.

Das Hauptinteresse der Erfindung richtet sich auf einen speziellen Behälter, nämlich eine Ampulle, wie sie zur Aufnahme von pharmazeutischen Substanzen verwendet wird. Eine solche Ampulle ist ein im wesentlichen zylindrischer, im allgemeinen aus Glas bestehender Behälter, der üblicherweise transparent oder durchsichtig ist und einen flachen Boden sowie einen abgerundeten oberen zylindrischen Abschnitt geringeren Durchmessers aufweist, der auf einem noch dünneren eingeschnürten Halsabschnitt sitzt. Glasampullen werden in der pharmazeutischen und chemischen Industrie in grossen Mengen zur Speicherung und zum Versand von Lösungen von Medikamenten und chemischen Substanzen in flüssiger, gasförmiger oder fester Form verwendet.

Die Ampulle wird mit der gewünschten Substanz normalerweise von oben her befüllt, wonach das Glas an seiner Spitze verschlossen wird. Wie zu erwarten ist, treten daher Lecks auch vorwiegend im Zusammenhang mit diesem abschliessenden Verschliessen der Spitze der Ampulle auf.

Selbst heute noch werden diese Verschlüsse von Inspektoren einer Sichtkontrolle unterzogen, welche die Ampulle auf den Kopf stellen, schütteln und gegen eine starke diffuse Hintergrundbeleuchtung halten. In Anbetracht der Natur der hier in Frage kommenden Substanzen ist es natürlich von fundamentaler Wichtigkeit, dass der Ampullenverschluss absolut dicht ist, da andernfalls der Inhalt der Ampullen verunreinigt werden könnte.

Es wurde festgestellt, dass, selbst wenn der Verschluss perfekt zu sein scheint, die gefüllte Ampulle nach nur kurzer Zeit und/oder über einen längeren Zeitraum hin beginnt, in geringen Mengen zu lecken.

Bisher versuchte man solche Lecks dadurch festzustellen, dass man die Ampulle mit einer Substanz zusammenbrachte, von der bekannt ist, dass sie mit dem Ampulleninhalt reagiert und dabei ein sichtbares Reaktionsprodukt hinterlässt. Man hoffte, dass selbst kleine Lecks so eine sichtbare Anzeige liefern würden und man die betreffende Ampulle aus der Menge aussortieren könnte.

Man muss jedoch nicht nur eine mit der Ampulle zusammenzubringende Substanz finden, die mit dem Ampulleninhalt reagieren kann, sondern die Menge des sichtbaren Reaktionsproduktes ist notwendigerweise begrenzt, da sie der Menge des Inhalts der Ampulle proportional ist, mit der sie in Kontakt tritt, d.h. die aus einem Leck ausgetreten ist oder umgekehrt. Für sehr kleine Lecks, manchmal auch als Mikrolecks bezeichnet, ist die Menge des Reaktionsproduktes offensichtlich sehr klein. Diese Umstände machen das Entdecken sehr kleiner Lecks schwierig, insbesondere bei Ampullen, die von Menschen nach dem Vorhandensein dieses Reaktionsproduktes einer Sichtkontrolle unterzogen werden. Trotzdem bildete

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dieser Schritt bereits eine Verbesserung gegenüber der ohne Hilfsmittel erfolgenden Inspektion durch Arbeitskräfte.

Ein anderes Verfahren zum Feststellen von Lecks in Ampullen kann allgemein als Blasenprüfverfahren bezeichnet werden. Dieses Verfahren besteht darin, dass über eine Düsenanordnung Druckluft dem oberen Abschnitt der Ampulle zugeführt wird. Es wird ein konstanter positiver Druck bekannter Höhe angewendet. Die Ampulle wird auf dem Kopf stehend in die Düse gesteckt, so dass die Flüssigkeit in der Ampulle den oberen Abschnitt der Ampulle vollständig ausfüllt. Jede Ampulle wird über eine bestimmte Zeitspanne geprüft, im allgemeinen eine Minute, und wird für gut befunden, wenn in diesem Zeitraum keine Blasen in der Ampulle auftreten. Die Prüfung erfolgt normalerweise durch Menschen, auch wenn anstelle von Menschen vermutlich ein geeigneter Blasendetektor diese Arbeit vornehmen könnte.

Zusätzlich zu der Tatsache, dass das Blasenprüfverfahren durch die mit der Sichtkontrolle durch Menschen verbundenen Schwierigkeiten oder durch die Notwendigkeit eines teuren Blasendetektors begrenzt ist, ist der Erfolg des Blasenprüfverfahrens auch auf den speziellen Abschnitt der Ampulle beschränkt, der unter Druck gesetzt wird, während der grösste Teil der Aussenfläche der Ampulle ungeprüft durchgeht. Auch lässt sich dieses Verfahren nicht in grossem Massstab bei der industriellen Fertigung verwenden.

Ein weiteres Verfahren besteht darin, die Lecks durch einen Gewichtsverlust festzustellen. Bei diesem Verfahren wird ein Vakuum an die Ampulle angelegt und diese daraufhin gewogen. Auch wenn ein solches Verfahren unter Laborbedingungen befriedigend sein mag, scheidet dieses Verfahren insbesondere bei einer industriellen Fliessbandfertigung als annehmbare Alternative aus wegen des damit verbundenen apparativen und zeitlichen Aufwandes, der allein schon mit dem Wiegen jeder einzelnen Ampulle verbunden ist, das sogar zweimal zu erfolgen hat in Anbetracht der Tatsache, dass die Ampullen pharmazeutische Substanzen enthalten.

Die Suche nach einem besseren Verfahren zum Feststellen von Lecks in Ampullen hat sich in den letzten Jahren auf ein nun auch von der US-FDA angenommenes Verfahren konzentriert, bei dem die Ampullen einer Farbstofflösung ausgesetzt werden. Bei einer fehlerhaften Abdichtung der Ampulle würde der Ampulleninhalt austreten, und setzte man eine solche Ampulle in eine Farbstofflösung, würde ein bestimmter Betrag des Farbstoffes in die Ampulle eintreten. Da die Ampullen im allgemeinen bei Atmosphärendruck gefüllt und verschlossen werden, könnte die Geschwindigkeit der Farbstoffdiffusion in die Ampulle dadurch erhöht werden, dass man die Ampulle und das Farbstoffbad zeitweilig unter erhöhten Druck setzt. Das Ergebnis bei einer undichten Ampulle wird normalerweise eine Tönung des Ampulleninhalts durch den Farbstoff sein. Insbesondere wird die Unversehrtheit des Verschlusses der Ampullen üblicherweise derzeit so geprüft, dass man jede Ampulle vollständig in eine konzentrierte blaue Farbstofflösung eintaucht (beispielsweise 25 x IO-6 g/ml von Nahrungsmittel- und Kosmetikblau. Nr. 1, d.h. 1 Triphenylmethanfarb-stoff), wobei ein Vakuumdruck von 9,45896 x 104 N/m: für 30 Minuten erzeugt wird. Bei Nachlassen des Vakuumdruckes wird konzentrierter Farbstoff in die Ampulle durch jedes kleine Leck in dem Glas gezogen. Die darauffolgende Handhabung der Ampullen vermischt den Farbstoff mit dem Ampulleninhalt, und seine Farbe kann durch Inspektoren bei einer Sichtkontrolle festgestellt werden, die dann die undichten Ampullen aussortieren.

Es ist offensichtlich, dass das Farbsignalverfahren ebenfalls mindestens zwei Nachteile hat. Erstens: die Sichtbarkeit des Farbsignales ist proportional zur Konzentration des Farbstoffes in dem Ampulleninhalt, und zweitens: das Feststellen des Farbsignales liegt in dem Aufgabenbereich menschlicher

Inspektoren. Es wurde beispielsweise experimentell festgestellt, dass für ein gegebenes kommerzielles Produkt 1,08 Mikrogramm Farbstoff pro Milliliter Lösung die Minimalkonzentration war, die durch Inspektoren bei Verwendung diffuser Hintergrundlichtschirme in den Ampullen festgestellt werden konnte. Diese Minimalkonzentration wird als Null-Niveau für die Fehlerfeststellung bezeichnet. Diese Zahl ist aber eine Funktion der Ampulle sowie der Trübung und der Farbe ihres Inhaltes.

Die oben genannte Zahl, auch wenn sie eindrucksvoll klein ist, lässt jedoch in keiner Weise die Frage ruhen, ob kleinere Lecks mit entsprechend geringeren Farbstoffkonzentrationen vorhanden sind und ob solche Lecks toleriert werden können. Es wurde in der Tat gefunden, dass kleinere Lecks existieren. In Anbetracht der hier betrachteten Substanzen, insbesondere eines pharmazeutischen Produktes, ist es jedoch vollständig ausgeschlossen, dass irgendein feststellbares Leck toleriert werden könnte. Beispielsweise wurden bei Ampullen, welche die oben beschriebenen Tests durchlaufen hatten, später Löcher gefunden, was durch das Vorhandensein getrockneten Materials an der Aussenseite nahe des Ampullenverschlusses angezeigt wurde. Eine mikroskopische Prüfung solcher Lecks hat gezeigt, dass diese Löcher typischerweise einen Durchmesser von etwa 40 um bis herunter zu 3 um haben können.

Bei einem neueren und wirkungsvolleren Leckprüfverfahren, das zur Überprüfung der strukturellen Unversehrtheit und Sterilität von Ampullen entwickelt wurde, wird beispielsweise eine Heliumatmosphäre in die Ampulle vor deren Verschlies-sen eingefüllt. Nach dem Verschliessen und Sterilisieren wird die Ampulle in einem Leckdetektor in Form eines Massen-spektrometers auf den Austritt von Helium überprüft. Bei Verwendung eines Massenspektrometers mit einer Empfindlichkeit von beispielsweise 10~lw Standardkubikzentimeter Helium/Sekunde wurde berechnet, dass, ein Loch mit einem Durchmesser von 0,9 um und einer Länge von 1 mm mit einer Leckrate von 3,5 x 10-8 Standardkubikzentimeter pro Sekunde festgestellt werden kann. Bakterien können beispielsweise durch so kleine Löcher nicht hindurchtreten. Dieses Verfahren könnte auch mit Sticksttoff oder Luftatmosphäre durchgeführt werden.

Wenn auch vielleicht noch genauere Tests entwickelt werden können oder bereits entwickelt wurden, so sind jedoch diese Verfahren für industrielle Zwecke im allgemeinen zu komplex, zu langsam und zu umständlich, insbesondere bei einem grossen Durchsatz von Ampullen. Darüber hinaus erfordern diese Verfahren teure Geräte und zu ihrer Bedienung gut geschultes Personal.

Verschiedene andere wesentliche Faktoren, mit denen ein Hersteller der hier zur Debatte stehenden Produkte konfrontiert wird, erfordern ebenfalls ein verbessertes System zur Überprüfung gefüllter Ampullen. Unter diesen Faktoren ist der Wunsch, die Geschwindigkeit des Inspektionsprozesses zu erhöhen, insbesondere bei einem industriellen Herstellungsverfahren mit einem grossen Durchsatz, und die störenden Unterschiede bei der Inspektion der Ampullen zu beseitigen, die bei dem einzelnen Inspektor und bei den verschiedenen Inspektoren auftreten. Ferner besteht der Wunsch, dass man Farbsignale oder andere Signale geringerer Konzentration entdecken kann, um auch sogenannte Mikrolecks zu finden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine vollautomatisch und kontinuierlich arbeitende Prüfeinrichtung zur Prüfung eines Behälterinhalts, insbesondere zur Feststellung von Lecks in Ampullen anzugeben, die besonders im Rahmen relativ schnell und mit einem grossen Durchsatz ablaufender industrieller Fertigungsprozesse einsetzbar ist und es gestattet, selbst Mikrolecks zu entdecken, die an der Grenze der Feststellbarkeit durch komplizierte Geräte liegen. Dabei soll diese Einrichtung einer preiswerten und einfachen optischen

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Anordnung gebildet sein.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäss eine Prüfungseinrichtung der eingangs genannten Art vorgeschlagen, die gekennzeichnet ist durch eine Strahlungsquelle, eine Empfangsanordnung zum Empfang der von der Strahlungsquelle ausgesandten Strahlung nach deren Durchgang durch den Behälter und seinen Inhalt, um gleichzeitig eine Mehrzahl von im wesentlichen identischen optischen Signalen zu erzeugen, die eine optische Kennung für den Behälter und seinen Inhalt darstellen, eine Mehrzahl bestimmter, für einzelne Strahlungsenergien ausgewählter Filteranordnungen, die so angeordnet sind, dass jede von ihnen eines der von der Empfangsanordnung ausgesandten optischen Signale empfängt, eine Mehrzahl von den Filtern zugeordneten Photodetektoren, die eine Mehrzahl von elektrischen Ausgangssignalen erzeugen, die jeweils der von den Filtern durchgelassenen Strahlungsenergie entsprechen, und eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Vergleichswertes zwischen mindestens einem Paar dieser elektrischen Ausgangssignale und zum Vergleich des Vergleichsvvertes mit einem vorbestimmten ersten Schwellwert.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Zwei-Wel-lenlängen-Interferenzfilterphotometer vorgesehen mit einem sich in zwei Äste gabelnden faseroptischen Wellenleiter, um das Vorhandensein selbst extrem niedriger Mengen eines beispielsweise blauen Farbstoffes (FD & C, Nr. 1 ) festzustellen. Eine Lichtquelle (beispielsweise eine Wolfram-Lichtquelle) wird verwendet, um eine Strahlung mit einem Spektrum auszusenden, das auf den Absorptionsbereich des Farbstoffes und die Kennlinien der Photodetektoren abgestimmt ist. Nach dem Durchlauf der zu prüfenden Ampulle (es ist zu bemerken, dass eine nicht opake, flüssigkeitsgefüllte Ampulle wie eine bikonvexe Linse für an einer Seite einfallendes Licht wirkt) wird das durchfallende Licht zu gleichen Teilen in zwei Strahlen mittels eines sich gabelnden faseroptischen Wellenleiters aufgeteilt, wobei die Fasern des Faserbündels gemäss einer Zufallsverteilung auf die beiden Teilbündel des Wellenleiters verteilt sind. Die aufgespaltenen Strahlen durchlaufen Interferenzfilter, welche den Bereich der Farbstoffabsorption und der Referenzabsorption aufgrund des Ampullenglases und seines Inhaltes voneinander isolieren. Die Lichtstrahlen werden von zwei Photodetektoren (beispielsweise Photodioden) aufgenommen und die daraus resultierenden Signale verstärkt. Ein weiterer Verstärker wird zur Messung der Differenz zwischen diesen beiden Signalen verwendet. Ein Komparator vergleicht die Differenz mit einem Schwellenwert und bestimmt, ob ein unausgeglichenes Signal vorliegt, welches das Vorhandensein eines Farbstoffes, trübe oder opake Ampullen oder auch leere Ampullen anzeigt.

Es können Vorkehrungen getroffen sein, um die Einrichtung gegen Ausfälle zu sichern, indem die Summe der zwei Signale gebildet wird. Dadurch können praktisch vollständig opake (fast lichtundurchlässige) Proben und auch Systemausfälle (beispielsweise ein Ausfallen der Lichtquelle) festgestellt werden.

Die Tatsache, dass die Form der Ampulle sie wie eine bikonvexe Linsenanordnung wirken lässt, hilft bei der fliegenden Prüfung, d.h. die Form der Ampulle ergibt ein ausgeprägtes optisches Signal; es ist jedoch für die Erfindung nicht wesentlich, dass das zu untersuchende Objekt einen zylindrischen Querschnitt aufweist. Es können praktisch Objekte mit jedem beliebigen Querschnitt untersucht werden.

Es ist zu bemerken, dass durch Anordnung einer vertikalen Geometrie der Eintrittsöffnung des faseroptischen Kabels (d.h. durch eine entsprechend hergestellte Öffnung oder durch eine maskierte Öffnung) eine Optimierung des Lichteinfallprozesses nach dem bereits bestehenden Fokussierungseffekt der Ampulle selbst erreicht wird, wie dies noch beschrieben wird. Dies würde natürlich eine erhebliche Reduktion des Grades der Zufälligkeit ermöglichen, die auf andere Weise durch die Aufspaltung des faseroptischen Kabels erreicht wird.

Es ist ferner zu bemerken, dass zwar alle geeigneten Lichtquellen, Lichtfilter und Photodetektoren verwendet werden 5 können, dass aber vorzugsweise die Intensität und das Spektrum der Wellenlängen der Lichtquelle an die spektralen Eigenschaften der Lichtdetektoren angepasst sind. Die Filter jedoch sollten in weitem Umfang die verwendeten Detektoren steuern und werden ihrerseits durch das Transmissionsspek-lo trum der Ampulle und ihres Inhaltes gesteuert.

Es ist ferner zu bemerken, dass auch ein Strahlteiler anstelle eines sich gabelnden faseroptischen Bündels vorgesehen sein kann. Auch ist die Erfindung nicht auf das sichtbare elektromagnetische Strahlungsspektrum beschränkt. Abhängig 15 von der Farbe der Ampulle und ihres Inhaltes könnte die Referenzwellenlänge beispielsweise auch sehr wohl im Infrarot- oder Ultraviolett-Bereich ausgewählt werden. In den Fällen, in denen eine Referenzwellenlänge aus dem Infrarotbereich verwendet wird, wäre ein Strahlteiler vorzuziehen, woge-20 gen ein faseroptisches Bündel aus Quarzfasern im Ultraviolettbereich vorteilhaft wäre. Das faseroptische Bündel für den sichtbaren Bereich würde typischerweise aus Glas bestehen. Es ist insbesondere zu bemerken, dass jede Differenz zwischen in beiden optischen Wegen im wesentlichen konstant bleibt 25 bei Änderungen in dem Ampulleninhalt und der Strahlungsquelle. Der Differenzfaktor ändert sich mit der Einführung des Farbstoffes, da davon nur ein Weg berührt ist.

Die Vorteile der Verwendung der Vergleichstechnik oder Zwei-Wellenlängen-Technik umfassen die Verringerung der 3o Störung durch Hintergrundlichtänderungen und normale Interferenz ebenso wie geringere Stabilitätsanforderungen an die Detektoren. Ausserdem wurden die bei den derzeitigen Verfahren mit Kontrolle der Probe von Hand auftretenden Beurteilungsfehler, die sich aus der Ermüdung der prüfenden 35 Person und den unterschiedlichen Fähigkeiten der verschiedenen prüfenden Personen ergeben, auf diese Weise eliminiert.

Auch arbeitet eine Prüfeinrichtung unter Verwendung eines Zwei-Wellenlängen-Photometers wesentlich schneller als die derzeitigen Einrichtungen (mit beispielsweise zehn Ampul-40 len/Sekunde für eine Reihenuntersuchung). Der vielleicht wichtigste Punkt ist die Tatsache, dass eine erfindungsgemässe Einrichtung, wie bereits festgestellt wurde, bereits auf eine Farbstoffkonzentration anspricht, die ein Achtel bis ein Sechzehntel der von einer prüfenden Person feststellbaren Farb-45 Stoffkonzentration beträgt, wobei lediglich eine preiswerte und einfache Anordnung zur Durchführung dieser Prüfung benötigt wird.

Die letztgenannten Punkte wird man noch höher schätzen, wenn man bedenkt, dass die derzeitige Arbeitsgeschwindigkeit 50 einer prüfenden Person (d.h. die Arbeitsleistung der prüfenden Person) im Mittel bei einer Ampulle pro drei Sekunden bei der Endprüfung beträgt.

Insbesondere wurde bereits gezeigt, dass eine Zwei-Wel-lenlängen-Photometereinrichtung einen Null-Fehler-Konzen-55 trationswert von 6,3 x 10-8 g/ml erreicht hat. Von dieser anfänglichen Farbstofflösungskonzentration und der folgenden Gleichung

6,3x 10-8g/ml • 2,2ml , , ,, „ ^ CI.

zrz—in s , , 2 = X ml, oder X = 5,5x 10"6 Liter

60 2,5x 10-5g/ml wurde gezeigt, dass ein so kleiner Wert wie 6 Nanoliter Farbstoff, die in eine 2-ml-Ampulle aus beispielsweise Flintglas eindringen, zuverlässig festgestellt werden kann. Nimmt man 65 beispielsweise an, dass 25 Tropfen auf 1 ml gehen, dann ist lediglich eine Leckmenge von '/io eines Tropfens erforderlich beim derzeitigen Stand der Entwicklung, um diese Leckmenge mit der Zwei-Wellenlängen-Photometereinrichtung zuverlässig

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zu entdecken.

Da die tatsächliche Farbe der aus Glasampullen bestehenden Behälter und ihres Inhaltes von einer Situation zur anderen variiert, kann es notwendig sein, verschiedene Referenzwellenlängen und Prüfwellenlängen für jede Situation auszuwählen. Dennoch besteht in der hier beschriebenen Einrichtung die einzige Modifikation, die zur Behandlung jeder neuen Situation erforderlich ist, darin, dass die geeigneten Interferenzfilter und Detektoren ausgewählt werden müssen, um für den speziellen Fall die besten Ergebnisse zu erhalten. So könnten beispielsweise die Filter auf einer Drehscheibe oder einer anderen geeigneten Anordnung angeordnet werden, die eine Anzahl von N Filterpaaren trägt, die wahlweise für jede spezielle Prüfung oder Analyse einer Probe eingesetzt werden können. Diese Filterwählvorrichtung kann dazu verwendet werden, Mehrfach-Filteranordnungen mit Referenz-und Prüffiltern für die Analyse einer Probe (d.h. eines Ampulleninhalts) vorzusehen, um beispielsweise festzustellen, ob jeder der gewünschten Bestandteile einer Probe sowie ein Farbstoff vorhanden ist oder nicht. Es können auch Vorkehrungen getroffen sein, um die Filterauswahl für eine schnelle (beispielsweise schrittweise) Folge aller vorgewählten Filterpaare zu programmieren. Eine solche Anordnung wäre auch insbesondere bei der Untersuchung neuer Proben anwendbar, um die Wellenlänge oder Wellenlängen zu bestimmen, die am besten als Referenzwellenlängen für eine spezielle zu überprüfende Serie verwendet werden können. Man erkennt, dass die Prüfung mit der Filterauswahl synchronisiert sein sollte.

Ein weiterer Vorteil der Verwendung der Zwei-Wellenlän-gen-Technik liegt in der Tatsache, dass das Prüfverfahren praktisch in keiner Weise durch geringfügige irreguläre Bewegungen der Ampullen hinter der optischen Einrichtung beeinträchtigt wird, wie dies manchmal auftritt bei Ampullen, die sich auf einer Fertigungsstrasse drängen. Dies liegt vor allem daran, dass gleichzeitig die Prüf- und die Referenzwellenlänge des durch die Ampulle fallenden Lichtes betrachtet werden.

Es ist noch zu bemerken, dass die Vorteile der Erfindung nicht auf ein Zwei-Wellenlängen-Verfahren beschränkt sind, sondern vielmehr die Möglichkeit einer N-Wellenlängen-Simultananalyse (beispielsweise mit vier Wellenlängen) ein-schliessen. Man erkennt sogar, dass mit steigendem N und einer sorgfältigen Auswahl der verschiedenen Wellenlängen ein präziseres charakteristisches Signal für die Ampulle und ihren Inhalt erhalten werden kann, um ein noch genaueres Ergebnis zu erzielen.

In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung wird eine in beispielsweise vier Zweige aufgespaltene faseroptische Gabelanordnung verwendet, die zwei Kanäle bildet mit jeweils im wesentlichen derselben Verarbeitungselektronik der oben beschriebenen Art, wobei der eine Kanal auf die Messung blauer Farbe abgestimmt ist und der andere Kanal sicherstellt, dass selbst im Falle einer fehlerfreien Ampulle der Inhalt dieser Ampulle eine korrekte Farbe hat.

Mit der erfindungsgemässen Vorrichtung wird eine Prüfeinrichtung angegeben, mit der ein von der Regierung der Vereinigten Staaten von Amerika akzeptiertes Leckprüfverfahren für Ampullen in einer zuverlässigeren und empfindlicheren Weise durchgeführt werden kann und das die Möglichkeit gibt, die Kontrolle durch Menschen abzuschaffen und die damit verbundene Gefahr von Fehlern zu vermeiden, die sich aus der Ermüdung der prüfenden Person und der unterschiedlichen Fähigkeit der einzelnen Prüfer zur Entdeckung von Fehlern ergeben.

Mit einer Ausführungsform der Erfindung wird ferner eine optische Prüfeinrichtung geschaffen, die mit einer auf einer Farbmesstechnik beruhenden Durchstrahlung der Probe arbeitet und fehlersicher ausgebildet ist, so dass sie selbst in den Fällen korrekte Messergebnisse liefert, in denen die Ampullen praktisch opak sind, infolge hoher Farbstoffkonzentrationen aufgrund grosser Lecks, als auch in den Fällen, in denen der Flüssigkeitsspiegel in der Ampulle wesentlich unter dem geeigneten Wert liegt (beispielsweise unter dem Niveau, auf das 5 die Prüfoptik justiert ist).

Mit der Erfindung wird schliesslich eine Leckprüfeinrichtung für Ampullen angegeben, welche Ausgangssignale zum Ampullenausstoss erzeugt, die zum physischen Ausstoss der nicht annehmbaren Ampullen aus der Fertigungsstrasse füh-io ren.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, welche in Verbindung mit den beiliegenden Figuren die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen:

i5 Fig. 1 ein schematisches Diagramm einer Prüfeinrichtung mit einem Zwei-Wellenlängen-Photometer zum Feststellen von Lecks in Ampullen,

Fig. 2A bis 2F graphische Darstellungen der Wirkungsweise verschiedener Teile der in Fig. 1 dargestellten Einrich-20 tung,

Fig. 3 eine Reihe spektraler, beim Betrieb der in Fig. 1 dargestellten Einrichtung auftretender Kurven,

Fig. 4 ein schematisches Diagramm einer modifizierten Form der in Fig. 1 dargestellten Einrichtung,

25 Fig. 5 eine schematische Darstellung einer weiteren Modifikation der in Fig. 1 dargestellten Einrichtung, und

Fig. 6 eine graphische Darstellung der Absorptionskurven einer Substanz, bei welcher der charakteristische Abschnitt ihres Kennungssignales in einem relativ steilen Abschnitt der 30 Absorptionskurven liegt und in charakteristischer Weise durch die Absorptionskurve der Ampulle selbst maskiert wird.

Fig. 1 zeigt n schematischer Weise eine bevorzugte Anordnung einer erfindungsgemässen Prüfeinrichtung mit einem Zwei-Wellenlängen-Spektrophotometerzur Feststellung von 35 Farbstoff in verschlossenen Ampullen. Die Ampullen 3 laufen einzeln in einer Reihe hintereinander mittels eines nicht dargestellten geeigneten Transportmechanismus durch eine optische Anordnung, die auf der einen Seite eine Lichtquelle I und auf der gegenüberliegenden Seite eine Empfangsöffnung eines 40 gegabelten faseroptischen Lichtleiters umfasst. Unter Berücksichtigung der oben genannten Eigenschaften der Glasampullen kann die Aufnahmeöffnung des Lichtleiters das ziemlich scharf definierte Lichtmuster für jede Ampulle leicht aufnehmen, selbst bei relativ hohen Durchlaufgeschwindigkeiten. 45 Die bevorzugte Ausführungsform eines faseroptischen Lichtleiterkabels 4 spaltet sich an einem beliebigen Punkt ihrer Länge in zwei einzelne Leiter auf, in denen die Fasern gemäss einer Zufallsverteilung angeordnet sind, um eine gleichförmige Mischung zu erhalten. Das heisst, die einzelnen Segln mente sind gemäss einer Zufallsverteilung auf die resultierenden Übertragungsleiter verteilt. Eine in dieser Weise erfolgende Aufspaltung ergibt zwei praktisch identische (Licht-) Strahlungssignale, wodurch der gemäss der Erfindung erfolgende Vergleich der Signale erleichtert wird.

55 Jedes Signal eines Paares von Strahlungssignalen wird durch den zugehörigen Teilleiter des faseroptischen Kabels so geführt, dass es jeweils auf ein Filter 5 bzw. 6 mit einem schmalen Durchlassbereich fällt. Eines dieser Filter ist so gewählt, dass seine mittlere Wellenlänge einer Wellenlänge 60 entspricht, die genau in einen starken Durchlassbereich der Ampulle und ihres Inhaltes fällt, der sich mit dem Durchlassbereich des Farbstoffes in keiner Weise überlappt (beispielsweise Filter 5). Das andere Filter ist so gewählt, dass seine mittlere Wellenlänge in den oder in einen starken Durchlass-bibereich der Kombination von Farbstoff, Ampulle und Ampulleninhalt fällt (beispielsweise Filter 6). Vorzugsweise besitzen die Filter 5 und 6 keine sich überlappenden Durchlassbereiche.

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Das auf die Filter 5, 6 fallende und durch das jeweilige Filter hindurchtretende Licht wird jeweils direkt von einem Photodetektor 7 bzw. 8 empfangen. Die Photodetektoren 7 und 8 sind vorzugsweise in Form von Photodioden ausgebildet. Die Photodetektoren 7 und 8 wandeln die empfangenen optischen Signale in entsprechende elektrische Signale um, die ihrerseits jeweils in entsprechende Strom/Spannungswandler 9 bzw. 10 eingespeist werden. Die entsprechenden Ausgangssignale der Strom'Spannungswandler 9 und 10 werden einerseits einem Differenzverstärker 11 und andererseits einem Summenverstärker 12 zugeführt. In dem Differenzverstärker 11 wird die Differenz zwischen den Ausgangssignalen der Wandler 9 und 10 bestimmt. Im Falle einer fehlerfreien Ampulle würde ein Nullsignal, d.h. eine nicht feststellbare Differenz am Ausgang des Differenzverstärkers 11 auftreten.

Um einen Spielraum für eine Rauschunempfindlichkeit (es wurde beispielsweise in der Praxis gefunden, dass selbst Fingerabdrücke auf dem Ampullenglas festgestellt werden) und ein Schaltschema anzugeben, ist der Ausgang des Differenzverstärkers 11 mit einem Komparator 13 verbunden. Dadurch kann ein Schwellwert aufgestellt werden, den das Ausgangssignal aus dem Differenzverstärker 11 erreichen muss, um einen Farbstoff in der Ampulle anzuzeigen. Der andere Eingang des Komparators 13 wird in Fig. 1 als Farbstoffschwellwertein-gang bezeichnet, der entsprechend der empirischen Bestimmung oder einer standardisierten Probe eingestellt werden kann.

Es ist zu bemerken, dass die Grösse der Abweichung von der Nulldifferenz eine relative Anzeige der Farbstoffmenge in der Ampulle liefern würde. Man erkennt jedoch, dass kein Ausgangssignal vom Komparator 13 abgegeben wird, wenn nicht Farbstoff in der Ampulle und somit eine undichte Ampulle festgestellt wurde. Wenn ein Ausgangssignal an dem Komparator 13 zur Feststellung von Farbstoff in der Ampulle abgegeben wird, so wird dieses einem Ampullenauswurfme-chanismus zugeführt, der nicht im einzelnen dargestellt ist. Das Signal kann ferner einem Auswurfzähler 18 zugeführt werden.

Zum Einstellen des Farbstoffschwellwertsignales an dem entsprechenden Eingang des Komparators 13 können verschiedene standardisierte Proben mit spezifischen und verschiedenen Bruchteilen einer Konzentration an blauem Farbstoff präpariert werden einschliesslich einer Probe, in deren Inhalt kein Farbstoff enthalten ist. Diese Standardproben können beispielsweise mit einem Farbcode an ihren Spitzen so markiert werden, dass sie leicht voneinander und von den normalen Proben unterschieden werden können. Die standardisierten Proben können, ausgedrückt in relativen Konzentrationen des blauen Farbstoffes, beispielsweise auf '/s oder 'Ab eines Farbstoffgehaltes angesetzt werden, der dem Nullfehlerniveau bei einer von Menschen ausgeführten Sichtkontrolle entspricht. Gegenwärtig wurde gefunden, dass einige fehlerfreie Ampullen ausgestossen wurden, bei denen der Farbstoffein-gangsschwellwert so eingestellt wurde, dass eine Standardampulle mit116 der Konzentration die Einrichtung ohne Beanstandung durchläuft. Es wurde festgestellt, dass dies durch die oben genannten Probleme mit Fingerabdrücken, filmartiger Fremdsubstanzen und dergleichen auf den Ampullen hervorgerufen wird. Man hat nun gefunden, dass eine geeignete Einstellung des Farbstoffeingangsschwellwertes für den Komparator 13 dann vorliegt, wenn eine ''ifi-Standardprobe die Einrichtung ohne weiteres unbeanstandet passieren kann, wogegen eine 1 s-Standardprobe ausgeworfen werden sollte. Wenn der Schwelhvert auf diese Weise einmal richtig eingestellt ist, können die ' s- und '/U-Standardproben periodisch, beispielsweise alle 10000 Ampullen, in die Produktionsreihen eingereiht werden, um sicherzustellen, dass die Einrichtung noch korrekt arbeitet.

Um sicherzugehen, dass die Einrichtung in jedem Augenblick weiss, wann sie eine an ihrem optischen Eingangsende vorbeilaufende Ampulle beobachtet, wird das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 11 einem zweiten Komparator 15 zugeführt, an dessen anderem Eingang ein Zählschwellwert anliegt, der auf übliche Weise erhalten wird. Das Ausgangssignal des Zählkomparators 15 wird einer Zähleranordnung 16 zugeführt, die somit die Gesamtzahl der bei einem Prüfungsvorgang durchlaufenden Ampullen für die Einrichtung feststellt.

In die Anordnung gemäss Fig. 1 wurde ein zweiter, den Summenverstärker 12 umfassender Schaltungszweig eingebaut, um einen ausfallsicheren Betrieb zu gewährleisten und insbesondere die Einrichtung zu befähigen, mit offenen oder grosse Farbstoffmengen enthaltenden und damit praktisch opaken Ampullen und einem Ausfall der Einrichtung, wie beispielsweise einem Ausfall der Lichtquelle 1, fertig zu werden, sowie Situationen festzustellen, bei denen die Füllung der Ampullen zu gering ist.

Die vorstehend genannten Eigenschaften der Einrichtung werden durch den Summenverstärker 12 erreicht, der die beiden Ausgangssignale der Wandler 9 und 10 summiert und dadurch ein Ausgangssignal erzeugt, das einem dritten Komparator 14 zugeführt wird. Der andere Eingang des Komparators 14 wird als Minimalschwellwert-Eingang bezeichnet. Der Komparator 14 bestimmt, ob das von dem Summenverstärker 12 kommende Signal unter einen vorbestimmten Minimalschwellwert fällt. Wenn daher eines der nachstehend aufgezählten Ereignisse eintritt, hat das zur Folge, dass das Summensignal nicht den vorbestimmten Schwellwert erreicht. Solche Ereignisse sind: Eine opake Ampulle, ein Fremdobjekt, das inspiziert wird, ein Ausfallen oder Blockieren der Lichtquelle, eine Blockierung des Lichtweges, wie es etwa eintritt, wenn das Eintrittsende (oder eines der Austrittsenden) des faseroptischen Bündels nicht mehr richtig justiert ist, ein Ausfall des Photodetektors usw. Bei jedem dieser Ereignisse würde der Komparator 14 ein Ausstosssignal erzeugen.

Unter Berücksichtigung des natürlichen Fokussiereffektes einer Ampulle, der zu einem ausgeprägten und scharfen optischen Signal führt, ist zu bemerken, dass ein wesentlich anderes (schlechteres) Signal auftritt, wenn die Ampulle leer oder nur zum Teil gefüllt ist, d.h. der Flüssigkeitsspiegel unter das Niveau fällt, auf das die optische Anordnung justiert ist. Der untere Schwellwert an dem betreffenden Komparatorein-gang des Komparators 14 kann daher in Übereinstimmung mit empirischen Bestimmungen so eingestellt werden, dass der Wert des bei einer korrekt gefüllten Ampullen normalerweise empfangenen Signales berücksichtigt wird im Vergleich zu dem reduzierten Signalwert, der sich im Falle einer nur teilweise gefüllten oder leeren Ampulle ergibt.

Das am Ausgang des Komparators 14 auftretende Ausstosssignal, sofern ein solches auftritt, wird einem synchronisierenden UND-Glied 17 zugeführt, dessen anderer Eingang mit dem Ausgang des Zählkomparators 15 verbunden ist. Das UND-Glied 17 liefert damit nur dann ein Ausstosssignal,

wenn das System das Vorhandensein einer Ampulle für eine Überprüfung festgestellt hat. Das Ausgangssignal des UND-Gliedes 17 kann wie das Ausgangssignal des den Schaumstoffgehalt feststellenden Komparators 13 dem Auswurfmechanis-mus sowie dem Zähler 18 zugeführt werden.

Zur Erläuterung der Betriebsweise wird auf die Fig. 2A bis 2F Bezug genommen, welche insbesondere die spektralen Antwortsignale zeigen, die von der Ampulle, dem Farbstoff, den Filtern und gewissen Kombinationen hiervon hervorgerufen werden. Fig. 2A zeigt das Spektrophotometer-Ausgangssignal für eine normal gefüllte Ampulle, wobei auf der horizontalen Achse die Wellenlänge X und auf der vertikalen Achse die Absorption/Konzentration abgetragen ist. Fig. 2B zeigt eine

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Darstellung des spektralen Antwortsignales, das von dem gewählten Farbstoff hervorgerufen wird (beispielsweise dem oben beschriebenen blauen Farbstoff). Eine Ampulle mit einem merklichen Gehalt eines solchen Farbstoffes wird vermutlich ein Signal nach Art des in Fig. 2C dargestellten Signales erzeugen.

Fig. 2D zeigt die spektralen Charakteristiken der Frequenzfilter 5 und 6 und Fig. 2E zeigt das Ergebnis des durch die Filter fallenden Lichtes im Falle einer normalen Ampulle. Dagegen zeigt Fig. 2F die spektrale Antwort der Interferenzfilter 5 und 6 des Systems, die sich ergibt, wenn eine Ampulle mit einem signifikanten Gehalt an blauem Farbstoff untersucht wird. In Fig. 2F erkennt man einen erheblichen Unterschied in der Durchlässigkeit für die beiden Wellenlängen bei einer Ampulle, deren Inhalt auch einen solchen Farbstoff umfasst.

Die Arbeitsweise der erfindungsgemässen Prüfeinrichtung erkennt man leichter aus der folgenden Beschreibung in. Verbindung mit der Fig. 3, in der eine Reihe von Absorptionskurven (Farbempfindlichkeitskurven) dargestellt sind, die von verschiedenen Testampullen herrühren. Kurve A gibt die Absorptionskurve für eine erste normale Ampulle, d.h. eine Ampulle mit Inhalt aber ohne Farbstoff wieder. Kurve B wurde ebenfalls für eine normal gefüllte Ampulle erhalten. Man erkennt jedoch, dass die Kurven A und B zwar im wesentlichen parallel zueinander verlaufen, jedoch um einen spezifischen und im wesentlichen konstanten Grundanteil gegeneinander verschoben sind, der beispielsweise durch Schwankungen in der Glasfarbe der Ampullen hervorgerufen werden kann, da die beispielsweise bernsteinartige Farbe des Glasbehälters selbst von Ampulle zu Ampulle variieren kann. Ein weiterer Grund, der zu einem Unterschied im Grundanteil führen kann, ist die mögliche Schwankung in der Position der Ampullen relativ zum Lichtstrahl. Jedes System mit den gleichen Aufgaben wie die erfindungsgemässe Prüfeinrichtung muss wie im vorliegenden Fall einer wesentlichen Schwankung des Grundanteils Rechnung tragen können, wie dies durch die Kurven A und B demonstriert wird.

Kurve C stellt eine undichte Ampulle dar, welche die Minimalkonzentration eines beispielsweise blauen Farbstoffes enthält, die unter normalen Umständen von einem Menschen festgestellt werden kann. Schliesslich stellt Kurve D eine Absorptionskurve einer undichten Ampulle dar, welche die kleinste Konzentration an blauem Farbstoff enthält, die derzeit zuverlässig bei relativ hoher Geschwindigkeit und hohem Durchsatz mit dem erfindungsgemässen System festgestellt werden kann. Diese Konzentration ist mindestens etwa um den Faktor 10 kleiner, als die durch das menschliche Auge gerade noch feststellbare Konzentration. In der Kurve D kann man an den mit 100 bezeichneten Stellen relativ geringe Änderungen in der Absorption erkennen, aufgrund derer eine erfindungsgemässe Einrichtung die Ampulle korrekt als undicht ausstösst.

Es reicht jedoch nicht aus, nur den Absolutwert der Absorption zu messen, insbesondere im Hinblick auf die Wahrscheinlichkeit einer Grundlinienverschiebung von einer Ampulle zur anderen, wie sich dies in Fig. 3 aus den Kurven A und B ergibt. Wie man erkennt, hat Kurve A, auch wenn sie eine fehlerfreie Ampulle charakterisiert, eine hohe Grundlinie, die vielleicht davon herrührt, dass der Behälter eine dunklere Farbe aufweist. Auf der anderen Seite hat die Kurve D, die von einer eine geringe Konzentration blauen Farbstoffes enthaltenden Ampulle herrührt, eine niedrigere Grundlinie als die von einer fehlerfreien Ampulle herrührende Kurve A. Wenn die Einrichtung so konstruiert wäre, dass es lediglich den Absolutwert der Absorption misst, kann man sich vorstellen, dass die der Kurve D entsprechende Ampulle akzeptiert würde, während die fehlerfreie, der Kurve A entsprechende

Ampulle ausgestossen würde, wenn nämlich beispielsweise der Schwellwert für das Ausstossen bei einem Absorptionswert eingestellt wäre, der in Fig. 3 für eine spezielle Wellenlänge wie beispielsweise 630 Nanometern zwischen den Kurven A und C liegt.

Die erfindungsgemässe Prüfeinrichtung aber bestimmt einerseits den Absorptionswert an dem der Wellenlänge von 630 nm entsprechenden Punkt der Absorptionskurve und ausserdem den Absorptionswert bei einer anderen Wellenlänge, die in der vorliegenden Beschreibung auch als Referenzwellenlänge À bezeichnet wird. Der Wert von 630 nm ist natürlich nur gewählt, um blauen Farbstoff möglichst optimal erkennen zu können. Die Referenzwellenlänge dagegen kann an einem geeigneten Punkt des Spektrums liegen, der weit genug von der für das Erkennen der blauen Farbe optimalen Wellenlänge entfernt ist, um so mögliche Kreuzungseffekte zu eliminieren. Ferner sollte die Referenzwellenlänge an einem Punkt des Spektrums liegen, an dem die Absorption im wesentlichen stabil ist, d.h. in dem keine wesentlichen Schwankungen der Absorptionskurve aufgrund der zu erwartenden Tönung des Ampullenglases oder der Farbe des Ampulleninhaltes auftreten.

Die von der Prüfwellenlänge (630 nm) und der Referenzwellenlänge (beispielsweise 690 nm) abgeleiteten elektrischen Signale werden in dem Differenzverstärker 11 voneinander subtrahiert, d.h. der zur Referenzwellenlänge gehörende Wert wird von dem zur Prüfwellenlänge gehörenden Wert abgezogen.

In Fig. 3 ist für die Kurve A, die repräsentativ für eine fehlerfreie Ampulle mit einer hohen Grundlinie ist, der Differenzwert dennoch sehr klein. Für schlechte, d.h. undichte Ampullen, wie sie beispielsweise durch die Kurven C und D wiedergegeben werden, ist die Differenz grösser und ausreichend hoch, um den Komparator 13 zu triggern. In Kurve C ist es offensichtlich, dass der bei der Prüfwellenlänge auftretende Wert und der bei der Referenzwellenlänge auftretende Wert sich um einen relativ grossen Betrag voneinander unterscheiden, während bei der Kurve D die Differenz gerade oberhalb des noch wahrnehmbaren Minimalwertes, aber dennoch über dem empirisch festgesetzten Schwellwert liegt, der als Vergleichswert in dem Komparator 13 eingespeist wird. Man erkennt, dass dieser Schwellwert die Empfindlichkeit der Einrichtung bestimmt. Vorzugsweise ist dieser Schwellwert einstellbar. Der Schwellwert sollte beispielsweise nicht so niedrig sein, dass fehlerfreie Ampullen ausgestossen werden. Das heisst, die Empfindlichkeit der Einrichtung sollte nicht zu gross sein.

Unabhängig von dem vorstehend beschriebenen Verfahren könnte der Farbstoffschwellwert in der Praxis folgendermas-sen bestimmt werden. Zunächst werden die Absorptionskurven einiger Prüfampullen abgeleitet, wie dies beispielsweise durch die Kurven A bis D in Fig. 3 dargestellt ist. Wenn man sich die Kurven in Fig. 3 noch einmal betrachtet, so erkennt man, wie dies bereits festgestellt wurde, dass die Kurve D nahe dem gerade noch erkennbaren Minimum liegt. Die hierzu gehörende Differenzspannung (das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 11 ) wäre dann die Basis für eine Bestimmung des Schwellwertes für den Komparator 13. Man kann typischerweise diesen Schwellwert so setzen, dass die Eingangsspannung am Komparator 13 einen Wert hat, der etwa zwischen den Ausgangsspannungen des Differenzverstärkers 11 für die Kurven A und D liegt. Es ist zu bemerken, dass tatsächlich das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 11 für die durch die Kurve A wiedergegebene Ampulle in Fig. 3 praktisch Null ist.

Es ist ferner zu bemerken, dass die Auswahl der Differenzwellenlänge und der Prüfwellenlänge für jeden Anwendungsfall verschieden sein wird, d.h. für verschiedenes Probenmaterial, verschieden gefärbte Ampullen, unterschiedlichen

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Farbstoff usw. oder jede Kombination hiervon. Diese Veränderungen können erfindungsgemäss dadurch berücksichtigt werden, dass man lediglich die Interferenzfilter 5 und/oder 6 und gegebenenfalls auch die Detektoren austauscht.

Da die fliegende Bestimmung von Werten insbesondere im industriellen Bereich ein wesentlicher Faktor ist, können die Filter 5 und 6, wie dies bereits erwähnt wurde, auf einer Drehscheibe angeordnet sein, die N Filterpaare trägt, die je nach Wunsch für eine bestimmte Probenanalyse ausgewählt werden können. Diese Anordnung kann beispielsweise verwendet werden, um mehrere Referenzwellenlängen/Prüfwellenlängen-Paare für jede Probe vorzusehen und um zu prüfen, dass jeder der Probenbestandteile vorhanden ist und dass Substanzen (wie beispielsweise der Farbstoff), die nicht vorhanden sein sollen, auch tatsächlich nicht vorhanden sind. Darüber hinaus kann man mit einer derartigen Anordnung leicht feststellen, ob sogar das Ampullenglas im korrekten Farbbereich liegt, und dass die Probe nicht verdorben ist durch beispielsweise ultraviolettes Licht.

Andere mögliche Vorteile einer derartigen Filteranordnung liegen darin, dass sie programmierbar ist für eine schnelle (beispielsweise schrittweise) Bewegung durch alle oder bestimmte der N Filterpaare. Auf diese Weise kann eine Bedienungsperson bei einer neuen zu untersuchenden Probe sehr schnell feststellen, welche Wellenlängen am besten als Referenzwellenlängen geeignet sind. In diesem Falle würde diese Information vermutlich von den Ausgangssignalen der Strom/Spannungswandler 9 und 10 abgeleitet.

Die Systemempfindlichkeit kann durch eine sorgfältige Auswahl der Referenzwellenlänge optimiert werden. Es ist am besten, für eine bestimmte Situation (d.h. im Falle einer speziellen normalen Ampulle) beispielsweise einen Punkt auf der Absorptionskurve dieser Ampulle auszusuchen, an dem kein Absorptionspegel auftritt. Bei einem Blick auf Fig. 3 erkennt man, dass ein solcher Bereich für die den Kurven A und B entsprechenden Ampullen beispielsweise bei 690 nm liegt. Auch wenn im Bereich von beispielsweise 550 nm keine wesentlichen Absorptionsspitzen auftreten, ist dieser Wellenlängenbereich wegen des stark ansteigenden Verlaufs der Kurven weniger gut als Referenzwellenlänge geeignet als der 690-nm-Punkt, an dem alle Kurven im wesentlichen horizontal verlaufen. Das bedeutet, dass sich die Absorption mit der Wellenlänge nicht wesentlich ändert, so dass man eine stabilere Referenzsituation erhält. Die beiden Hauptkriterien, die bei der Auswahl einer Referenzwellenlänge beachtet werden sollten, sind im wesentlichen eine flache Grundlinie und eine möglichst geringe Absorption.

Die erhebliche Differenz in der Grundlinie zwischen den in Fig. 3 dargestellten Kurven A und B zeigt klar eine unterschiedliche Färbung (beispielsweise eine Bernsteinfarbe) von Ampulle zu Ampulle in der zu überprüfenden Reihe von Ampullen. Es wurde oben ausgeführt, dass ohne das beschriebene Verfahren die dunkleren dieser Ampullen ausgestossen werden könnten, selbst wenn sie tatsächlich an sich fehlerfrei sind, d.h. keinen Farbstoff enthalten. Die Zwei-Wellenlängen-Detektoreinrichtung gemäss der vorliegenden Beschreibung vermeidet dieses Problem, indem eine Änderung der Farbe von Ampulle zu Ampulle kompensiert wird.

Es versteht sich, dass die Ausstosssignale, die entweder von dem Komparator 13 oder dem UND-Glied 17 (Fig. 1) erzeugt werden, jedem beliebigen Ausstossmechanismus zugeführt werden können, der beispielsweise in Form eines pneumatischen oder mechanischen Systems ausgebildet sein kann, um die als unbrauchbar befundenen Ampullen aus der Fertigungsstrasse zu entfernen.

Es ist ferner zu bemerken, dass man mit dem für die Differenzbildung dienenden Schaltungszweig (Differenzverstärker 11, Komparator 13) und einem in geeigneter Weise gewählten

Farbstoffschwellwertsignal (d.h. so, dass die Differenz zwischen den Eingangssignalen des Differenzverstärkers 11 für eine als fehlerfrei erkannte Ampulle zu Null wird) auch leere Ampullen sowie trübe oder opake Ampullen erkennen kann. 5 Unter Bezugnahme auf Fig. 4 wird nun eine abgewandelte Einrichtung beschrieben, in der der Farbstoffschwellwert auf andere Weise als manuell eingestellt werden kann.

Die Prüfeinrichtung gemäss Fig. 4 verwendet eine Wolfram-Lichtquelle 51 zur Erzeugung der zu messenden elektro-lo magnetischen Energie. Zwei Zellen 52 und 75 sind in dem Lichtweg angeordnet. Die Zelle 75 enthält blauen Farbstoff in einer Konzentration (wobei eine Weglängen-Kompensation erfolgt), die dem Minimalwert entspricht, den man noch feststellen will. Zelle 52 hat einen identischen Inhalt mit der Aus-15 nähme des Farbstoffes, wodurch alle von den Zellen verursachten optischen Einflüsse kompensiert werden. Die Ampulle 76 ist eine standardisierte Ampulle aus derselben Produktionsserie wie die zu untersuchenden Ampullen, wobei jedoch bekannt ist, dass sie keinen Farbstoff enthält (diese Ampulle 20 wurde beispielsweise nicht dem Farbstoffbad-Lecktest unterworfen). Ampulle 53 ist die Prüfampulle, die untersucht werden soll.

Zwei jeweils in zwei Teilleiter aufgespaltene faseroptische Leiter 54 und 77 teilen das von den Ampullen 53 und 76 kom-25 mende optische Signal gleichmässig auf zwei Filter 55 und 56 auf. Photodetektoren 57 und 58, 71 und 72 wandeln die optischen Signale in entsprechende elektrische Ströme um. Es ist zu bemerken, dass die Detektoren 57 und 58 die von den zu untersuchenden Ampullen kommenden optischen Signale 3o umwandeln und die Detektoren 71 und 72 die von den Standardampullen kommenden Signale verarbeiten.

Strom/Spannungswandler 59, 60, 73 und 74 wandeln jeweils das Stromausgangssignal des entsprechenden Photodetektors in ein Spannungssignal um, das von einem Summen-35 Verstärker 62 und einem Differenzverstärker 61 verarbeitet wird. Der Differenzverstärker 61 liefert für die untersuchte Ampulle eine Differenz zwischen den die beiden Filter 55 und 56 durchsetzenden optischen Signalen, wobei die Filter 55 und 56 wie bisher beispielsweise durch eine Filterauswahlanord-40 nung 19 ausgewählt werden können. Diese Differenz stellt eine Anzeige dafür dar, dass blauer Farbstoff in der Ampulle 53 enthalten ist. Der Summenverstärker 62 bildet für die untersuchte Ampulle die Summe der durch die beiden Filter 55 und 56 tretenden optischen Signale.

45 Das Summensignal wird als Anzeige für eine Blockierung des optischen Weges, einen Ausfall des Systems oder eine leere oder zumindest nur teilweise gefüllte Ampulle verwendet.

Ein Differenzverstärker 69 wird verwendet, um für die 50 Standardampulle 76 die Differenz zwischen dem durch die Filter 55 und 56 tretenden optischen Signale zu bilden. Dieses Signal wird als Schwellwert verwendet, den eine geprüfte Ampulle unterschreiten muss, um als fehlerfreie Ampulle betrachtet zu werden. Ob das für die Ampulle kennzeichnende 55 Signal (erzeugt von dem Differenzverstärker 61) den Standardwert (erzeugt von dem Differenzverstärker 69) überschreitet oder nicht, wird von einem Komparator 63 festgestellt. Der Komparator 63 steuert die nicht dargestellte Ausstossvorrich-tung und den Ausstosszähler 68.

60 Ein Komparator 65 vergleicht das der geprüften Ampulle entsprechende Signal (erzeugt vom Differenzverstärker 61) mit einem eingestellten Schwellwert, um ein Signal zu erzeugen, das das Vorhandensein einer geprüften Ampulle anzeigt, und um den Gesamtzähler 66 um eine Einheit zu erhöhen. Ein Kom-65 parator 64 vergleicht das der geprüften Ampulle entsprechende Summensignal von dem Summenverstärker 62, um einen Schwellwert festzusetzen und damit festzustellen, ob beispielsweise eine Störung im optischen Weg vorliegt oder

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eine leere oder nur teilweise gefüllte Ampulle geprüft wird. Dieses Signal wird dem Synchronisierungsglied 67 zugeführt, das ferner das Zählsignal vom Komparator 65 erhält. Das Ausgangssignal des Synchronisierungsgliedes 67 gelangt dann zu der Ausstossvorrichtung und dem Ausstosszähler 68.

Die Ausstossvorrichtung kann wiederum jede beliebige geeignete Vorrichtung sein, die auf ein Signal hin die als untauglich befundenen Ampullen entfernt. Eine solche Ausstossvorrichtung kann beispielsweise mit einem Verzögerungssystem arbeiten (asynchron oder synchron mit der Transportvorrichtung), wenn die Prüfstelle und die Ausstossstelle physisch voneinander getrennt sind.

Eine Einrichtung der vorstehend beschriebenen Art ist unempfindlich gegen eine Reihe von Problemen, die im Verlauf einer Überprüfung auftreten können. Solche Probleme sind beispielsweise:

1. Änderungen der Lampenintensität

2. Änderungen des Lampenspektrums

3. Änderungen der spektralen Eigenschaften der Probe aufgrund eines Abbaus der Probensubstanzen

4. Unterschiede zwischen Ampullen-Teilserien innerhalb einer Grossserie (eine Ampullen-Teilserie ist gleich einem Produktionszyklus)

Die Systemeigenschaften können noch dadurch erweitert werden, dass der Differenzverstärker 11 bei der Anordnung gemäss Fig. 1 durch eine logarithmische Dividiereinrichtung ersetzt wird, welche die Differenz der Logarithmen der dieser Dividiereinrichtung zugeführten Signale bildet. Alternativ hierzu könnten die Bauteile 9 und 10 anstelle von linearen Strom/Spannungswandlern auch von logarithmischen Wandlern gebildet sein. In diesem Falle würde der Differenzverstärker 11 in der Form bleiben, wie er ursprünglich beschrieben wurde.

Der Haupteffekt der vorstehend beschriebenen Alternativen liegt darin, dass die logarithmischen Werte der von den Wandlern 9 und 10 ursprünglich erzeugten elektrischen Signalen hergenommen und das Verhältnis dieser logarithmischen Werte gebildet wird, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, das der Konzentration des geprüften Materials proportional ist, das natürlich blauen Farbstoff enthalten könnte. Dieses Verhältnis wird dann dem Komparator 13 zugeführt,

indem es mit dem am Komparator 13 eingestellten Schwellwert für den Farbstoff verglichen wird.

Mit dieser zusätzlichen Eigenschaft könnten die in der Prüfung befindlichen Ampullen auf der Basis der Intensität des Ausgangssignales von dem Differenzverstärker 11 klassifiziert werden hinsichtlich des Ausmasses an Undichtigkeiten (im Falle von blauem Farbstoff) und/oder der Grösse der Materialkonzentration und/oder sogar der Grösse des Materialabbaus, um einige Beispiele zu nennen.

Es ist zu bemerken, dass Situationen auftreten können, in denen der Ampulleninhalt hinsichtlich seiner spektralen Eigenschaften nahe bei den spektralen Eigenschaften des Ampullenglases selbst liegt. Dies kann die Unterscheidung zwischen geringfügigen Änderungen in dem Ampulleninhalt sehr schwierig machen. Die Eigenschaften (beispielsweise die Nichtlinearität) einer logarithmischen Funktion macht diese in dem vorstehend genannten Fall aber besonders geeignet als Trennmittel zur Signalverarbeitung. Dieser Punkt wird später noch genauer behandelt.

In Verbindung mit der Anwendung der Erfindung zur Bestimmung der Konzentration (beispielsweise einer ausreichenden Höhe dieser Konzentration) des Ampulleninhalts selbst, kann die in Fig. 1 dargestellte Anordnung in der in Fig. 5 dargestellten Weise modifiziert werden, um zwei Schwellwerte anstelle einer teuren, ausgeklügelten und komplexen Anordnung aufzustellen, die andernfalls erforderlich wäre, um den genauen Wert der Konzentration festzulegen.

Der erste dieser Schwellwerte bestimmt einen Punkt, oberhalb dessen die Konzentration des Ampulleninhalts als zu hoch angesehen werden kann. Der andere Schwellwert gibt entsprechend einen Wert an, unterhalb dessen die Konzentration des Ampulleninhalts zu niedrig ist. Jede Ampulle aber, bei welcher die Konzentration des Inhaltes zwischen diese beiden Schwellwerte fällt, wurde als akzeptabel angesehen. Nun kann selbsttätig bestimmt werden, ob die Konzentration des Ampulleninhalts selbst annehmbar ist, indem man einfach feststellt, ob das der Konzentration proportionale Signal zwischen die beiden wohldefinierten Grenzwerte fällt.

In Fig. 5 sind die Ausgänge der Strom/Spannungswandler 9 und 10 (Fig. 1) mit einer Einheit 200 zur Bildung des logarithmischen Verhältnisses verbunden, deren Ausgangssignal, wie bereits festgestellt, proportional der Konzentration ist. Dieses Ausgangssignal seinerseits wird zwei Komparatoren

201 und 202 zugeführt. Das andere Eingangssignal des Komparators 201 ist von dem unteren Schwell wert gebildet. Das Ausgangssignal des Komparators 201 kann über ein ODER-Glied 203 einem Ausstosszähler (wie beispielsweise dem Zähler 18 in Fig. 1 ) und/oder einem Ausstossmechanismus zugeführt werden.

Das andere Eingangssignal des Komparators 202 wäre dann der obere Schwellwert, der beispielsweise empirisch mit Rücksicht auf die zur Untersuchung anstehenden Proben aufgestellt wird. Wie beim Komparator 201 ist der Komparator

202 mit dem ODER-Glied 203 verbunden. Die Anordnung der Komparatoren 201 und 202 zusammen mit dem ODER-Glied

203 kann man sich als «Fenster»-Komparator vorstellen. Das Ausgangssignal des Fenster-Komparators gemäss der Darstellung in Fig. 5 liegt in Form eines Ausstosssignales vor, das jedoch ein Mass für die Konzentration des Ampulleninhaltes der gerade überprüften Ampulle ist, d.h. dass die Konzentration des Ampulleninhaltes als ausserhalb der das Fenster zwischen sich einschliessenden unteren und oberen Grenze befindlich erkannt wird, wenn ein Ausgangssignal von dem ODER-Glied 203 erzeugt wird.

Da das Ausgangssignal der Einheit 200 der Konzentration des gerade untersuchten Ampulleninhalts proportional ist,

kann dieses Signal selbst abgezweigt werden (wie in Fig. 5 dargestellt), um es beispielsweise für eine genaue Bestimmung der Konzentration des Ampulleninhaltes zu verwenden.

Ein besonders wichtiger Fall, der mit der Anordnung gemäss Fig. 5 bearbeitet werden kann, ist die oben genannte Situation, wenn nämlich die spektralen Eigenschaften des Ampulleninhaltes und des Ampullenglases im wesentlichen gleich oder zumindest sehr ähnlich sind, d.h. wenn der Ampulleninhalt und das Ampullenglas im wesentlichen im selben Wellenlängenbereich ihrer über den Wellenlänge aufgetragenen Absorptionskurven absorbieren. Man kann dieser Betrachtung hinzufügen, dass nur der signifikante Abschnitt der für einen speziellen Ampulleninhalt kennzeichnenden Eigenschaften auf einem oder dem im wesentlichen nichtlinearen Abschnitt der Absorptions/Wellenlängenkurve erscheint (d.h. in einem Bereich, wo die Grösse der Absorption mit der Wellenlänge sich wesentlich verändert). Die Situation kann weiter dadurch kompliziert werden, dass wesentliche Änderungen in der Farbe zwischen Ampullen desselben Materials auftreten können. In diesem Falle liegt die besondere Aufgabe darin, die Konzentrationswerte einer Substanz innerhalb der verschlossenen Ampullen (beispielsweise bernsteinfarbener Ampullen) zerstörungsfrei zu messen. Die Substanz hat dabei spektrale Eigenschaften, wie sie beispielsweise in der graphischen Darstellung in Fig. 6 wiedergegeben sind. In Fig. 6 sind sowohl die Kurven für die Substanz (Kurve # I ) und das bernsteinfarbene Glas (Kurven # 2a und # 2b) als auch die Kurve für die Kombination hieraus (Kurve # 3) dargestellt. Man erkennt, dass die Absorption des bernsteinfarbe5

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nen Glases bei 490 nm annähernd den Wert 1 hat und bei 410 nm einen Wert grösser als 1. Dies bedeutet, dass das das bernsteinfarbene Glas mehr als 90% des Messlichtes absorbiert. Die Änderungen in dem bernsteinfarbenen Glas sind gross, wie dies durch die Verschiebung zwischen den beiden Kurven 2a und 2b angezeigt wird, welche jeweils einer bernsteinfarbenen Ampulle mit einer Wasserfüllung entsprechen. Man kann ferner in Fig. 6 erkennen (Kurve # 1 ), dass die Substanz brauchbar im Bereich zwischen 450 und 410 nm absorbiert. Jedoch ist die Quantisierung viel schwieriger (etwa hundertmal schwieriger) als das Feststellen von beispielsweise blauem Farbstoff an einem Punkt im Spektrum, in dem das bernsteinfarbene Glas wenig Licht absorbiert (d.h. bei 630 nm und 690 nm). Unter diesen Bedingungen ist es nur zu wahrscheinlich, dass eine einfache Subtraktion der Transmissionssignale, wie dies bisher diskutiert wurde, beispielsweise bei der Messung von blauem Farbstoff, nicht wirkungsvoll genug sein würde, um beispielsweise Unterschiede in der Konzentration von ± 10"" von einer spezifischen Stärke sauber zu trennen. Wenn jedoch die Logarithmen der beiden Signale genommen und voneinander subtrahiert werden, ist das Ausgangssignal proportional der Konzentration, wie dies bereits oben festgestellt wurde. Dies ergibt sich aus dem Beerschen Gesetz, das lautet:

A = log -^r = abc = log -p- = l°g I >.> — '°g I >..•

Dabei gilt:

A

=

Absorption

T

=

Transmission a

=

molarer Absorptionskoeffizient b

=

Absorptionsweglänge in cm c

=

Konzentration in Mol/Liter h,

=

Intensität h.

=

Intensität bei

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Dennoch ist die Bestimmung der Konzentration der in Fig. 6 dargestellten Substanz wohl schwierig genug (aufgrund des starken Anstieges der Kurve für die bernsteinfarbene Ampulle in dem brauchbaren Absorptionsbereich der Sub-H stanz), um es wünschenswert erscheinen zu lassen, beispielsweise einen Mikroprozessor oder eine andere preiswerte Rechenvorrichtung zu verwenden, um die Logarithmen der beiden Signale zu bilden und dann eine Korrektur zu berechnen, die beispielsweise auf einer empirisch bestimmten Kor-20 rekturkurve beruht.

Für weniger schwierige Bestimmungen jedoch ist die Bildung der Logarithmen der beiden Signale und dann die Bildung der Differenz vollkommen geeignet, ein Ausgangssignal zu erhalten, das der Konzentration direkt proportional ist (bei-25 spielsweise könnte die Farbstoffkonzentration direkt für eine Aussage über die Grösse der Lecks herangezogen werden).

Es versteht sich in Verbindung mit der vorstehenden Diskussion, dass es für bestimmte Anwendungsfälle vorteilhaft sein kann, anstelle einer Einheit zur logarithmischen Bildung 3o des Verhältnisses einen faktoriellen Modul oder irgendeinen anderen analogen multifunktionalen Operator, kurz einen digitalen Rechner, zu verwenden, insbesondere in den Fällen, in denen man eine Korrektur für eine merklich geneigt verlaufende Grundlinie anbringen will.

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6 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

639 489 PATENTANSPRÜCHE
1. ( 1 ; 51) ausgesandten Strahlung nach deren Durchgang durch den Behälter (3) und seinen Inhalt, um gleichzeitig eine Mehrzahl von im wesentlichen identischen optischen Signalen zu erzeugen, die eine optische Kennung für den Behälter (3) und seinen Inhalt darstellen, eine Mehrzahl bestimmter, für einzelne Strahlungsenergien ausgewählter Filteranordnungen (5, 6; 55, 56). die so angeordnet sind, dass jede von ihnen eines der von der Empfangsanordnung (4; 54, 77} ausgesandten optischen Signale empfängt, eine Mehrzahl von den Filtern (5, 6; 55, 56) zugeordneten Photodetektoren (7, 8; 57, 58, 71, 72), die eine Mehrzahl von elektrischen Ausgangssignalen erzeugen, die jeweils der von den Filtern (5, 6; 55, 56) durchgelassenen Strahlungsenergie entsprechen, und eine Vorrichtung (11, 13) zur Bestimmung eines Vergleichswertes zwischen mindestens einem Paar dieser elektrischen Ausgangssignale und zum Vergleich des Vergleichswertes mit einem vorbestimmten ersten Schwellwert.

   1. Prüfeinrichtung mit einem Mehr-Wellenlängen-Spektro-photometer zur Prüfung eines Behälterinhaltes, gekennzeichnet durch eine Strahlungsquelle (1:51), eine Empfangsanordnung (4; 54, 77) zum Empfang der von der Strahlungsquelle
2. 2. Prüfeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Vergleichswert aus einer Differenz besteht und dass die Vergleichsvorrichtung ( 11,13) Mittel zur Erzeugung eines Ausgangssignales aufweist, die zu einem Ausstoss des Behälters (3) führen, wann immer die Differenz den ersten Schwellwert überschreitet.
3. 3. Prüfeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine mit der Vergleichsvorrichtung verbundene Zähleinrichtung ( 18; 68) zum Zählen der für den Ausschluss bestimmten Behälter (3) aufweist.
4. 4. Prüfeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine mit der Vergleichsvorrichtung verbundene Zähleinrichtung (16; 66) zur Bestimmung der gesamten Zahl an geprüften Behältern (3) aufweist.
5. 5. Prüfeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (12, 62) zur Bildung der Summe der elektrischen Ausgangssignale mindestens eines ersten ausgewählten Signalpaares und zum Vergleichen dieser Summe mit einem vorbestimmten zweiten Schwellwert.
6. 6. Prüfeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (12, 62) zur Bildung einer Summe und zum Vergleich der Summe mit einem zweiten Schwellwert Mittel zur Erzeugung eines Ausgangssignales aufweist, die zum Ausstoss des gerade in der Prüfung befindlichen Behälters (3) für den Fall führt, dass die Summe nicht den zweiten Schwellwert erreicht.
7. 7. Prüfeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Filterwählvorrichtung (19) aufweist, um in dem optischen Weg zwischen der Empfangsanordnung (4; 54, 77) und der Mehrzahl von Photodetektoren (7, 8; 57, 58; 71, 72) mindestens ein erstes Filter (6; 56) anzuordnen mit optischen Eigenschaften, die einem ausgewählten Absorptionsband einer vorbestimmten Verunreinigungssubstanz entspricht, deren Vorhandensein in dem Behälterinhalt ein Behälterleck anzeigt, und um in dem optischen Weg mindestens ein zweites Filter (5; 55) mit optischen Eigenschaften anzuordnen, die einem ausgewählten Bereich der normalen Absorptionskurve des Behälters (3) und seines Inhaltes entsprechen.
8. 8. Prüfeinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterwähl Vorrichtung (19) Mittel aufweist, um in dem optischen Weg eine Vielfalt von Filterkombinationen anzuordnen, so dass die verschiedenen Bestandteile des Behälterinhalts bestimmbar sind.
9. 9. Prüfeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch eine weitere Vergleichsvorrichtung (69,

   63), wobei die erste Vergleichsvorrichtung (11,13) vorgesehen ist, um das Vorhandensein einer ausgewählten Verunreinigungssubstanz in dem Behälterinhalt festzustellen und wobei die zweite Vergleichsvorrichtung vorgesehen ist, um die Korrektheit der Farbe des Behälterinhaltes selbst ohne Verunreinigungssubstanz festzustellen.
10. 10. Prüfeinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Vergleichswert die Summe ist und dass ein Ausgangssignal von der ersten Vergleichsvorrichtung bewirkt wird für den Fall, dass die Summe den Schwellwert nicht überschreitet.