מדידת UV למערכות מסוע ותהליכים רציפים

במערכות מסוע עצמת הקרינה הנופלת על החלק המעובד משתנה ברציפות בזמן מעברו. מדידה סטטית מתחת למנורה אינה מספיקה, לרוב, כדי להעריך את התהליך. מה שחשוב הוא עצמת הקרינה בשיא, פרופיל הזמן ומנת הקרינה המשולבת ממנו במישור החלק המעובד בפועל.

עמוד זה מתאר כיצד נמדדים גדלים אלה בתהליך המתבצע בפועל ולמה יש לשים לב בעת בחירת ציוד המדידה. הגדלים עצמם מוגדרים בעמוד מדידה נכונה של מנת קרינה UV ועצמת קרינה.

פריט עבודה עובר באזור ההקרנה בזמן סופי. הוא נכנס לשדה הקרינה, מגיע לערך המרבי מתחת למקור ועוזב את השדה מחדש. מנת הקרינה הפועלת על הפריט היא האינטגרל של פרופיל זה, ולא המכפלה של הערך המרבי ומשך השהייה. שני קווי הקרנה בעלי אותה עצמת קרינה נופלת מרבית יכולים להעניק מנות קרינה שונות בבירור, בהתאם לגיאומטריית המחזיר, מספר המנורות ומהירות המסוע.

בנוסף, מיקום המדידה צריך לייצג את מפלס הרכיב. מדידה שנלקחה קרוב מתחת למנורה, או בגובה שונה מזה של פריט העבודה, מניבה ערכים שלא ניתן להעביר לתהליך.

מכשיר מסוג pass-through מתעד את עצמת הקרינה הנופלת במהלך הזמן ומחלץ מכך שלושה גדלים:

• עצמת קרינה בשיא – הערך המרבי שנמדד במעבר. גודל זה מגביל את קצב התגובה האפשרי ומהווה מדד לעומס עבור מצעים רגישים לחום.
• פרופיל זמן – הצורה והרוחב של הפרופיל חושפים את השפעת המחזירי אור, המרווח בין המנורות והצללה. מספר מנורות מייצרות מספר שיאים.
• מנת קרינה מצטברת – האינטגרל בזמן על פני המעבר כולו. גודל זה מתועד בדרך כלל לצורך שחרור התהליך.

תדר הדגימה של המכשיר חייב להתאים למהירות המסוע: בקווים מהירים עם אזורי הקרנה קצרים, דגימה איטית מדי עלולה לפספס את השיא ולהביא לכך שמנת הקרינה תוערך בחסר.

• גובה כולל. המכשיר חייב לעבור בפער הפנוי הקיים מבלי לשנות את המרחק למקור הקרינה.
• עמידות בטמפרטורה. בקווים עם מנורות מרקורי העומס התרמי משמעותי; מגבלות הטמפרטורה המותרות של הבית והחיישן קובעות את מספר המעברים.
• תחום ספקטרלי. על החיישן לכסות את התחום הרלוונטי בפועל לתהליך. בקווי UV LED אורך גל השיא הוא הקריטי, ואילו במנורות מרקורי - ספקטרום הקווים.
• תדר דגימה וזיכרון. שני הפרמטרים קובעים באיזו רזולוציה נפתר הפרופיל וכמה מעברים ניתן לאגור.
• ניתוח ותיעוד. לצורך אישור התהליך חשוב רשומת נתונים עקיבה וניתנת לייצוא, עם חותמת זמן ואסמכתת כיול.

• curelog ו-curelog Base – רדיומטרים ומינוני קרינה שטוחים לשימוש במעבר, באופן עצמאי או מחוברים לקו הייצור.
• tinyTracker – רושם מנת קרינה קומפקטי לאזורי הקרנה מוגבלים.
• UVpad – מכשיר נייד שטוח למדידה ספקטרלית, לקווים עם מקורות קרינה משתנים.
• חיישני XT – חיישנים לטמפרטורות גבוהות בקווי הקשיה.
• חיישנים מוטבעי-קו – ניטור מותקן קבוע בעמדת המדידה המוגדרת.

שרשרת הייחוס לשחרור התהליך מוגדרת בנפרד מהניטור הרציף ומכוילת באופן עקיב מטרולוגית במעבדת הכיול המוסמכת.

עמוד זה עוסק בבעיית המדידה עצמה. הצורה הענפית שלה מתוארת בעמודי היישום: מדידת UV בהדפסה תעשייתית לתהליכי הדפסה, הקשיה בקרינת UV ופוטופולימריזציה לתכנון תהליכים, ואוטומציה ושילוב תהליכים לקשר למערכות בקרה ולתיעוד.

כיצד נשלטת מנת קרינת ה-UV בתהליך אוטומטי?
בשני שלבים. לצורך שחרור, לוגר מנת קרינה עובר דרך המערכת יחד עם פריט העבודה ומספק את עצמת הקרינה השיאית, את פרופיל הזמן ואת מנת הקרינה המשוקללת; ריצה זו מתועדת. לאחר מכן, חיישן המותקן קבוע במיקום מוגדר שומר על כך שהמצב בין שני שחרורים יהיה עקיב. תדר הדגימה חייב להתאים למהירות המסוע: במהירות של 120 מ'/דקה עם אזור הקרנה של 25 mm נדרש תדר של כ-1,600 Hz. דגימה איטית מדי מחמיצה את השיא ומביאה לזלזול במנת הקרינה.

מדוע מדידה בודדת בעצירה אינה מספיקה?
משום שהיא מתארת רק את עצמת הקרינה במיקום אחד כאשר המערכת נייחת. הגודל הרלוונטי לתהליך הוא מנת הקרינה שאלמנט משטח מקבל בעת המעבר; היא נוצרת כאינטגרל בזמן על פני המעבר כולו. מחזירי אור, המרחק בין המנורות והצללה מעצבים את הפרופיל, ומספר מנורות יוצרות מספר שיאים. במהירות מסוע של 20 מ'/דקה ואזור הקרנה של 100 mm המעבר נמשך כ-0.3 s – זמן קצר מכדי לקרוא ידנית.

ד"ר מארק פאראביה הוא המנכ"ל של Opsytec Dr. Gröbel GmbH באטלינגן ועומד בראש מעבדת הכיול המוכרת. בהמשך למחקרו על פריקות אקסיימר קסנון פועמות במכון לטכנולוגיית תאורה של KIT, מיקוד עבודתו כיום הוא מדידת קרינה אופטית. הוא ממלא תפקיד סגן יו"ר בוועדת התקינה DIN FNL 7 "קרינה אופטית" וחבר בקבוצת הפרויקט DVGW לחיטוי UV.