UV-mittaus kuljetinjärjestelmiin ja jatkuviin prosesseihin

Kuljetinjärjestelmissä irradianssi työkappaleessa muuttuu jatkuvasti sen kulkiessa läpi. Staattinen lukema lampun alla ei siis usein riitä prosessin arviointiin. Merkitystä on huippuirradianssilla, aikaprofiililla ja siitä integroidulla annoksella todellisessa työkappaletasossa.

Tällä sivulla kuvataan, miten näitä suureita rekisteröidään käynnissä olevassa prosessissa ja mihin mittalaitteiston valinnassa on kiinnitettävä huomiota. Suureet itsessään on määritelty sivulla UV-annoksen ja irradianssin oikea mittaaminen.

Työkappale kulkee säteilytysvyöhykkeen läpi äärellisessä ajassa. Se saapuu säteilykenttään, saavuttaa maksiminsa lähteen alla ja poistuu kentästä jälleen. Kappaleeseen vaikuttava annos on tämän profiilin integraali, ei huippuarvon ja viipymäajan tulo. Kaksi linjaa, joilla on sama huippuirradianssi, voivat tuottaa selvästi erilaisia annoksia heijastingeometriasta, lamppujen määrästä ja hihnan nopeudesta riippuen.

Lisäksi mittauspaikan on vastattava komponenttitasoa. Lampun lähellä tai työkappaleesta poikkeavalla korkeudella tehty mittaus tuottaa arvoja, joita ei voida siirtää prosessiin.

Läpivientilaite tallentaa irradianssin ajan funktiona ja johtaa siitä kolme suurta:

• Huippuirradianssi – ajon suurin arvo. Se rajoittaa saavutettavaa reaktionopeutta ja on lämpötilaherkkien substraattien kuormituksen mittari.
• Aikaprofiili – profiilin muoto ja leveys paljastavat heijastimien, lampputiheyden ja varjostuksen vaikutuksen. Useat lamput tuottavat useita huippuja.
• Integroitu annos – aikaintegraali koko ajon yli. Tämä suure dokumentoidaan tavallisesti prosessin vapauttamista varten.

Laitteen näytteenottotaajuuden on vastattava hihnan nopeutta: nopeissa linjoissa, joissa säteilytysvyöhykkeet ovat lyhyitä, liian hidas näytteenotto voi jättää huippuarvon havaitsematta ja aliarvioida annoksen.

• Kokonaiskorkeus. Laitteen on mahduttava käytettävissä olevasta raosta vääristämättä etäisyyttä säteilylähteeseen.
• Lämmönkestävyys. Elohopealamppulinjoilla lämpökuorma on huomattava; kotelon ja anturin sallittu lämpötilaraja rajoittaa ajokertojen määrää.
• Spektrialue. Anturin on katettava prosessin kannalta todella oleellinen alue. UV-LED-linjoilla ratkaiseva tekijä on huippuaallonpituus, elohopealampuilla viivaspektri.
• Näytteenottotaajuus ja muisti. Molemmat määrittävät, miten tarkasti profiili erottuu ja kuinka monta ajoa voidaan tallentaa.
• Arviointi ja dokumentointi. Prosessin hyväksymisen kannalta ratkaisevaa on jäljitettävä, vietävissä oleva tietue aikaleimalla ja kalibrointiviitteellä.

• curelog ja curelog Base – litteät radiometrit ja dosimetrit läpiajokäyttöön, itsenäisesti tai linjaan kytkettynä.
• tinyTracker – kompakti annosloggeri ahtaisiin säteilytysalueisiin.
• UVpad – litteä, spektrisesti mittaava käsimittari linjoille, joissa lähteet vaihtuvat.
• XT-anturit – anturit kovetuslinjojen korkeisiin lämpötiloihin.
• Inline-anturit – pysyvästi asennettu valvonta määritetyssä mittauspisteessä.

Prosessin hyväksymiseen käytettävä vertailuketju määritellään erikseen jatkuvasta valvonnasta ja kalibroidaan jäljitettävästi akkreditoidussa kalibrointilaboratoriossa.

Tämä sivu käsittelee itse mittausongelmaa. Sen toimialakohtainen muoto kuvataan sovellussivuilla: UV-mittaus teollisessa painamisessa painoprosesseille, UV-kovetus ja fotopolymerointi prosessisuunnittelulle sekä automaatio ja prosessi-integraatio liittymälle ohjausjärjestelmiin ja dokumentointiin.

Miten UV-annosta valvotaan automatisoidussa prosessissa?
Kahdessa vaiheessa. Hyväksyntää varten annosloggeri kulkee järjestelmän läpi työkappaleen mukana ja tuottaa huippuirradianssin, aikaprofiilin ja integroidun annoksen; tämä ajo dokumentoidaan. Sen jälkeen kiinteästi asennettu anturi määritetyssä kohdassa pitää tilan kahden hyväksynnän välillä jäljitettävänä. Näytteenottotaajuuden on vastattava hihnan nopeutta: nopeudella 120 m/min ja 25 mm:n säteilytysvyöhykkeellä tarvitaan noin 1 600 Hz. Liian hitaasti tehty näytteenotto ei havaitse maksimia ja aliarvioi annoksen.

Miksi yksittäinen mittaus paikallaan ollessa ei riitä?
Koska se kuvaa irradianssia vain yhdessä kohdassa järjestelmän ollessa paikallaan. Prosessisuure on annos, jonka pintaelementti saa läpikulun aikana; se muodostuu aikaintegraalina koko läpikulun ajalta. Heijastimet, lamppujen väli ja varjostukset muodostavat profiilin, ja useat lamput tuottavat useita maksimeja. Hihnan nopeudella 20 m/min ja 100 mm:n säteilytysvyöhykkeellä läpikulku kestää noin 0,3 s – liian lyhyen ajan luettavaksi käsin.

Dr.-Ing. Mark Paravia on Opsytec Dr. Gröbel GmbH:n toimitusjohtaja Ettlingenissä ja johtaa akkreditoitua kalibrointilaboratoriota. Tutkittuaan pulssitettuja ksenoni-eksimeeripurkauksia KIT:n valaistustekniikan instituutissa hänen painopisteenään on nykyään optisen säteilyn mittaus. Hän on DIN-standardointikomitean FNL 7 "Optinen säteily" varapuheenjohtaja ja DVGW:n UV-desinfiointia käsittelevän projektiryhmän jäsen.