UV-meting voor transportsystemen en continue processen

In transportsystemen verandert de bestralingssterkte bij het werkstuk continu terwijl dit passeert. Een statische meting onder de lamp is daarom vaak niet voldoende om het proces te beoordelen. Van belang zijn de piekbestralingssterkte, het tijdsverloop en de daaruit geïntegreerde dosis in het werkelijke werkstukvlak.

Deze pagina beschrijft hoe deze grootheden tijdens het lopende proces worden vastgelegd en waarop u moet letten bij het kiezen van de meetapparatuur. De grootheden zelf worden gedefinieerd op de pagina UV-dosis en bestralingssterkte correct meten.

Een werkstuk doorloopt de bestralingszone in een eindige tijd. Het komt het stralingsveld binnen, bereikt zijn maximum onder de bron en verlaat het veld weer. De dosis die op het onderdeel inwerkt, is de integraal van dit profiel, niet het product van de piekwaarde en de verblijftijd. Twee lijnen met dezelfde piekbestralingssterkte kunnen, afhankelijk van reflectorgeometrie, aantal lampen en bandsnelheid, duidelijk verschillende doses afgeven.

Daarnaast moet de meetlocatie representatief zijn voor het componentvlak. Een meting die dicht onder de lamp of op een andere hoogte dan het werkstuk wordt uitgevoerd, levert waarden op die niet naar het proces kunnen worden overgedragen.

Een doorloopinstrument registreert de bestralingssterkte in de tijd en leidt daar drie grootheden uit af:

• Piekbestralingssterkte – de maximale waarde van de meting. Deze begrenst de haalbare reactiesnelheid en is een maat voor de belasting van temperatuurgevoelige substraten.
• Tijdprofiel – de vorm en breedte van het profiel laten het effect van reflectoren, lampafstand en afschaduwing zien. Meerdere lampen leveren meerdere maxima op.
• Geïntegreerde dosis – de integraal over de tijd van de volledige meting. Deze grootheid wordt meestal gedocumenteerd voor procesvrijgave.

De bemonsteringsfrequentie van het instrument moet aansluiten bij de bandsnelheid: bij snelle lijnen met korte bestralingszones kan een te lage bemonsteringsfrequentie het maximum missen en de dosis onderschatten.

• Totale hoogte. Het instrument moet door de beschikbare opening passen zonder de afstand tot de bron te verstoren.
• Temperatuurbestendigheid. In lijnen met kwiklampen is de thermische belasting aanzienlijk; de toegestane behuizings- en sensortemperatuur beperkt het aantal doorgangen.
• Spectraal bereik. De sensor moet het bereik dekken dat werkelijk relevant is voor het proces. Bij UV-LED-lijnen is de piekgolflengte bepalend, bij kwiklampen het lijnenspectrum.
• Bemonsteringsfrequentie en geheugen. Beide bepalen hoe fijn het profiel wordt opgelost en hoeveel doorgangen kunnen worden opgeslagen.
• Evaluatie en documentatie. Voor de procesvrijgave is een herleidbaar, exporteerbaar gegevensbestand met tijdstempel en kalibratiereferentie bepalend.

• curelog en curelog Base – vlakke radiometers en dosismeters voor doorvoergebruik, autonoom of aangesloten op de lijn.
• tinyTracker – compacte doselogger voor beperkte bestralingszones.
• UVpad – vlak, spectraal metend handinstrument voor lijnen met wisselende bronnen.
• XT-sensoren – sensoren voor verhoogde temperaturen in uithardingslijnen.
• Inline-sensoren – permanent geïnstalleerde bewaking op de gedefinieerde meetpositie.

De referentieketen voor procesvrijgave wordt afzonderlijk van de continue bewaking gedefinieerd en op traceerbare wijze gekalibreerd in het geaccrediteerde kalibratielaboratorium.

Deze pagina behandelt het meetprobleem zelf. De sectorspecifieke vorm hiervan wordt beschreven op de toepassingspagina's: UV-meting in de industriële drukkerij voor drukprocessen, UV-uitharding en fotopolymerisatie voor procesontwerp, en automatisering en procesintegratie voor de koppeling met besturingssystemen en documentatie.

Hoe wordt de UV-dosis in een geautomatiseerd proces bewaakt?
In twee stappen. Voor de vrijgave doorloopt een doselogger samen met het werkstuk het systeem en levert de piekbestralingssterkte, het tijdprofiel en de geïntegreerde dosis op; die run wordt gedocumenteerd. Daarna houdt een permanent geïnstalleerde sensor op een vastgelegde positie de toestand tussen twee vrijgaven metrologisch herleidbaar. De bemonsteringsfrequentie moet overeenkomen met de bandsnelheid: bij 120 m/min met een bestralingszone van 25 mm zijn ongeveer 1.600 Hz vereist. Een te lage bemonsteringsfrequentie mist het maximum en onderschat de dosis.

Waarom is een enkele meting bij stilstand niet voldoende?
Omdat deze alleen de bestralingssterkte op één positie beschrijft terwijl het systeem stilstaat. De procesgrootheid is de dosis die een oppervlakte-element ontvangt tijdens het doorlopen; deze ontstaat als tijdintegraal over de volledige doorgang. Reflectoren, lampafstand en afscherming bepalen het profiel, en meerdere lampen leveren meerdere maxima op. Bij een bandsnelheid van 20 m/min en een bestralingszone van 100 mm duurt de doorgang ongeveer 0,3 s – te kort om handmatig af te lezen.

Dr.-Ing. Mark Paravia is directeur van Opsytec Dr. Gröbel GmbH in Ettlingen en leidt het geaccrediteerde kalibratielaboratorium. Na zijn onderzoek naar gepulseerde xenon-excimerontladingen aan het Institute of Lighting Technology van het KIT, ligt zijn focus vandaag op optische stralingsmeting. Hij is vicevoorzitter van de DIN-normcommissie FNL 7 "Optische straling" en lid van de DVGW-projectgroep voor UV-desinfectie.