Pomiar UV dla systemów przenośnikowych i procesów ciągłych

W systemach przenośnikowych natężenie napromienienia na obrabianym przedmiocie zmienia się w sposób ciągły podczas jego przejścia. Statyczny odczyt pod lampą często nie wystarcza więc do oceny procesu. Liczy się szczytowe natężenie napromienienia, przebieg czasowy oraz wynikająca z niego dawka scałkowana w rzeczywistej płaszczyźnie obrabianego przedmiotu.

Ta strona opisuje, w jaki sposób te wielkości są rejestrowane w trakcie trwającego procesu oraz na co należy zwrócić uwagę przy doborze urządzeń pomiarowych. Same wielkości zostały zdefiniowane na stronie prawidłowy pomiar dawki UV i natężenia napromienienia.

Element obrabiany przechodzi przez strefę napromieniowania w skończonym czasie. Wchodzi w pole promieniowania, osiąga wartość maksymalną pod źródłem, a następnie opuszcza pole. Dawka działająca na element jest całką tego profilu, a nie iloczynem wartości szczytowej i czasu przebywania. Dwie linie o takim samym szczytowym natężeniu napromienienia mogą dostarczać wyraźnie różne dawki w zależności od geometrii reflektora, liczby lamp i prędkości taśmy.

Ponadto miejsce pomiaru musi odpowiadać płaszczyźnie elementu. Pomiar wykonany blisko pod lampą lub na innej wysokości niż element obrabiany daje wartości, których nie można przenieść na proces.

Przyrząd przelotowy rejestruje natężenie napromienienia w czasie i wyznacza na jego podstawie trzy wielkości:

• Szczytowe natężenie napromienienia – wartość maksymalna przebiegu pomiaru. Ogranicza ona osiągalną szybkość reakcji i stanowi miarę obciążenia dla podłoży wrażliwych na temperaturę.
• Przebieg czasowy – kształt i szerokość przebiegu ujawniają wpływ reflektorów, rozstawu lamp i zacienienia. Kilka lamp daje kilka maksimów.
• Dawka całkowita – całka czasowa z całego przebiegu pomiaru. Wielkość ta jest zazwyczaj dokumentowana przy zatwierdzaniu procesu.

Częstotliwość próbkowania przyrządu musi być dopasowana do prędkości taśmy: w szybkich liniach z krótkimi strefami napromieniowania zbyt wolne próbkowanie może pominąć maksimum i zaniżyć wartość dawki.

• Wysokość całkowita. Przyrząd musi zmieścić się w dostępnej szczelinie bez zmiany odległości od źródła.
• Odporność na temperaturę. W liniach z lampami rtęciowymi obciążenie termiczne jest znaczne; dopuszczalna temperatura obudowy i czujnika ogranicza liczbę przejazdów.
• Zakres widmowy. Czujnik musi obejmować zakres rzeczywiście istotny dla procesu. W liniach z diodami UV LED decydująca jest szczytowa długość fali, w przypadku lamp rtęciowych – widmo liniowe.
• Częstotliwość próbkowania i pamięć. Oba te parametry decydują o tym, jak dokładnie odwzorowany jest profil i ile przejazdów można zapisać.
• Ocena i dokumentacja. Dla zwolnienia procesu liczy się spójny, możliwy do wyeksportowania zapis danych ze znacznikiem czasu i odniesieniem do wzorcowania.

• curelog oraz curelog Base – płaskie radiometry i dozymetry do zastosowań przelotowych, autonomiczne lub połączone z linią.
• tinyTracker – kompaktowy rejestrator dawki do stref napromieniowania o ograniczonej przestrzeni.
• UVpad – płaski, spektralnie mierzący przyrząd ręczny do linii ze zmiennymi źródłami.
• Czujniki XT – czujniki do podwyższonych temperatur w liniach utwardzania.
• Czujniki inline – trwale zainstalowane monitorowanie w wyznaczonym miejscu pomiaru.

Łańcuch odniesienia dla zwolnienia procesu jest definiowany oddzielnie od ciągłego monitorowania i wzorcowany w sposób zapewniający spójność pomiarową w akredytowanym laboratorium wzorcującym.

Ta strona zajmuje się samym problemem pomiarowym. Jego branżowa forma jest opisana na stronach zastosowań: pomiar UV w druku przemysłowym dla procesów drukowania, utwardzanie UV i fotopolimeryzacja dla projektowania procesów oraz automatyzacja i integracja procesów dla połączenia z systemami sterowania i dokumentacją.

W jaki sposób kontrolowana jest dawka UV w procesie zautomatyzowanym?
W dwóch etapach. W celu zwolnienia procesu rejestrator dawki przemieszcza się przez system wraz z obrabianym przedmiotem i dostarcza szczytowe natężenie napromienienia, profil czasowy oraz zintegrowaną dawkę; ten przebieg jest dokumentowany. Następnie na stałe zainstalowany czujnik w określonej pozycji zapewnia spójność pomiarową stanu pomiędzy dwoma zwolnieniami. Częstotliwość próbkowania musi być dopasowana do prędkości taśmy: przy 120 m/min i strefie napromieniowania 25 mm wymagane jest około 1 600 Hz. Zbyt wolne próbkowanie pomija maksimum i zaniża dawkę.

Dlaczego pojedynczy pomiar w stanie spoczynku nie wystarczy?
Ponieważ opisuje on natężenie napromienienia tylko w jednym miejscu przy nieruchomym systemie. Wielkością procesową jest dawka, jaką otrzymuje element powierzchni podczas przechodzenia przez system; powstaje ona jako całka czasowa w trakcie całego przejścia. Reflektory, odstępy między lampami i zacienienie kształtują profil, a kilka lamp powoduje powstanie kilku maksimów. Przy prędkości taśmy 20 m/min i strefie napromieniowania 100 mm przejście trwa około 0,3 s – zbyt krótko, aby odczytać ręcznie.

Dr inż. Mark Paravia jest dyrektorem zarządzającym Opsytec Dr. Gröbel GmbH w Ettlingen i kieruje akredytowanym laboratorium wzorcującym. Po prowadzeniu badań nad pulsacyjnymi wyładowaniami ekscymerowymi w ksenonie w Instytucie Techniki Świetlnej na KIT, jego obecnym obszarem zainteresowań jest pomiar promieniowania optycznego. Jest zastępcą przewodniczącego komitetu normalizacyjnego DIN FNL 7 „Promieniowanie optyczne" oraz członkiem grupy projektowej DVGW ds. dezynfekcji UV.