Oberflächenkontrolle und Glanzmessung

Einkanal-Inline-Sprühstrahlüberwachung im Ex-Bereich nach dem Reflexlichtverfahren
Geht es um die Detektion extrem geringer Sprühmengen, dann fällt die Wahl auf ein Reflexlichtsprühstrahlsystem. Das Sprühstrahlkontrollsystem SPECTRO-T-1-FIO-RL in Verbindung mit dem Lichtleiterfrontend ABL-V-ARRA-KL-M18-XL-A3.0 verfügt über einen Hardwareintegrator, der es ermöglicht, selbst kleinste Sprühmengen sicher zu detektieren. Mittels Lichtleiterfrontend ist das System zudem Ex-Bereich tauglich. Der im Frontend integrierte Blasluftaufsatz verhindert eine Tröpfchenablagerung an den Optiken. Der Arbeitsabstand des Messkopfes zum Sprühstrahl beträgt 50mm.

Einkanal-Inline-Sprühstrahlüberwachung im Reflexlichtbetrieb
Mit Hilfe der SPECTRO T 1 Scope V1.0 Windows® PC-Software kann das Sprühstrahlkontrollsystem SI-JET3-FIO-RL in idealer Weise auf die jeweilige Applikation eingestellt werden. Die Digitalausgänge informieren über die korrekte Sprühmenge; mittels PROFINET-Adapter besteht aber auch ein Zugriff auf die Rohdaten des Messsystems.

Einkanal-Inline-Sprühstrahlkontrollsysteme nach dem Durchlichtverfahren
Muss systembedingt zwischen Sensorik und zu vermessendem Sprühstrahl ein größerer Abstand eingehalten werden, kommt man nicht umhin, ein Durchlichtsystem einzusetzen. Mit Hilfe der SPECTRO-1-CONLAS Elektronik und den Frontends der A-LAS-N Reihe stehen Laserspots von 0.3mm im Durchmesser bis zu 16mm x 2mm zur Verfügung. Der Laserlichtspot wird dabei so auf den Sprühkegel gerichtet, dass dieser vollständig vom Sprühstrahl erfasst wird. Je näher sich der Laserlichtvorhang an der Austrittsöffnung befindet, desto größer ist der Einfluss auf das Messsignal.

Einkanal-Inline-Durchlichtsysteme zur Überwachung einzelner Tröpfchen
Sowohl in der pharmazeutischen Industrie als auch in der Elektroindustrie beim selektiven Löten werden Flüssigkeiten paketweise (in Form von Tröpfchen) auf ein Trägermaterial aufgebracht, beispielsweise mit einer Piezodüse oder einer elektromagnetischen Düse. Aufgabe des Sprühstrahlkontrollsystems ist es, die auf das Trägermaterial aufgebrachte Sprühmenge zu überwachen. Dabei werden zum einen die Tröpfchen gezählt und zum anderen die Größe der einzelnen Tröpfchen (Breite und Länge) mittels Laserlichtvorhang ermittelt.
Zur Parametrisierung steht auch bei diesem Messsystem umfangreiche PC-Software zur Verfügung. Über die enthaltene SCOPE-Funktion kann beispielsweise ein Abbild der Tröpfchensequenz aufgezeichnet werden. Als Messsystem wurde hierzu eine A-LAS-CON1 Kontrollelektronik in Verbindung mit einer A-LAS-F12 Lasergabellichtschranke verwendet.

Einkanal-Inline-Sprühstrahlüberwachung im Ex-Bereich nach dem Durchlichtverfahren
Für den Ex-Bereich steht für eine Sprühstrahlkontrolle im Durchlichtbetrieb eine Lichtleiterversion zur Verfügung. Dabei wird ein sogenannter Durchlichtlichtleiter, beispielsweise ein D-S-Q3-(18x0.3)-1200-67°, an eine Kontrollelektronik vom Typ SPECTRO-1-FIO-JC angeschlossen. Prinzipiell können Lichtleiterquerschnitte mit einem Durchmesser von 0.6mm bis 3.0mm sowie einem rechteckigen Querschnitt von 3mm x 0.5mm bis 48mm x 0.15mm eingesetzt werden. Für die allermeisten Lichtleiter stehen dabei Aufsatzoptiken zur Verfügung, mit deren Hilfe die Distanz zwischen Sende- und Empfangslichtleiter vergrößert werden kann.
Relativ ausgedehnte Sprühkegel können auch mit einem entsprechenden Lichtvorhang überwacht werden, der von einem Querschnittwandler, beispielsweise einem Q3 (18mm x 0.3mm), bereitgestellt wird. Bei aktiviertem Sprühstrahl wird ein Teil des Lichtes im Lichtvorhang absorbiert bzw. gestreut, das Empfangssignal wird dadurch entsprechend reduziert. Am Ausgang der Elektronik stehen sowohl Digitalsignale (0V/+24V) als auch ein Analogsignal zur Verfügung, das den Verlauf der Signalabschwächung, ausgelöst durch den Sprühstrahl, wiedergibt.

Dreikanal-Inline-Sprühstrahlüberwachungs-systeme im Durchlichtbetrieb
Bei einer zusätzlichen Kontrolle des Sprühkegels in Hinblick auf die Geometrie, beispielsweise den Sprühkegelöffnungswinkel oder aber die Abweichung von der idealen Symmetrieachse, müssen in der Regel mindestens drei Stellen im Sprühkegel überwacht werden. Das kompakte Lasersprühstrahlkontrollsystem SI-JET-CONLAS3-T-d1.5 (Sendereinheit) +SI-JET-CONLAS3-R (Empfangseinheit und zugleich Auswerteelektronik) verfügt dabei über drei kollimierte Laserlichtbündel, die auf engstem Raum selbst Sprühkegel mit kleinem Öffnungswinkel erfassen können. Mit Hilfe der SCOPE-Funktion der PC-Software kann eine Analyse der Signalverläufe der drei Kanäle durch den Sprühstrahleinfluss erfolgen. Dadurch können Rückschlüsse sowohl auf die Sprühstrahlintensität als auch auf die Sprühstrahlgeometrie gezogen werden.

Dreikanal-Inline-Sprühstrahlüberwachung im Ex-Bereich nach dem Durchlichtverfahren
Zur Realisierung der Dreikanal-Sprühstrahl-kontrolle im Ex-Bereich ist eine Lichtleiter-anordnung vorgesehen. Dabei wird sender-seitig über drei Lichtleiter Rotlicht eingespeist. Auf der Empfängerseite stehen ebenfalls drei Lichtleiterstränge zur Verfügung, wovon jeweils ein Strang auf einen optoelektronischen Empfänger gerichtet ist. Zur Vergrößerung des Sender-/Empfänger-abstands dienen auch hier wiederum die Aufsatzoptiken, mit denen die Lichtbündel entsprechend kollimiert oder aber fokussiert werden können.
Bei geeigneter Auswahl der Aufsatzoptiken können auch mehrere Sprühkegel gleichzeitig erfasst werden. Die Empfangssignale informieren dabei über die Signalabschwächung in Summe. Weicht aber einer der Sprühstrahlen vom Normalzustand ab, kann das von der Kontrollelektronik dennoch sicher erfasst werden.
SI-JET3-FIO-RL + zum Beispiel:
• R3-M-A1.1-(1.5)-3000-67°-3X +
   KL-M18-A1.1 + ABL-M18-5-B
• R3-M-A2.0-(2.5)-3000-67°-3X +
   KL-M18-A2.0 + ABL-M18-5-B

Inline-Sprühstrahlprofilsensoren nach dem Durchlichtverfahren
Ist ein Dreikanal-System zur Analyse des Sprühstrahls nicht ausreichend, kann mittels Laserzeilendurchlichtsensorik ein kompletter Schnitt durch den Sprühkegel gelegt und ausgewertet werden. Der auf den Sprühstrahl gerichtete kollimierte Laserlichtvorhang trifft nach Passieren des Sprühkegels empfängerseitig auf ein Zeilendetektorelement. Das vom Zeilendetektor zur Verfügung gestellte Videosignal informiert dabei über die jeweilige lokale Abschwächung des Laserlichtes durch den Sprühkegel.
Mit Hilfe spezieller Algorithmen können einzelne Sprühstrahlen im Sprühfeld lokalisiert sowie deren Peakhöhe und genaue Position zum Sprühstrahlprofil bestimmt werden. Bei Vorhandensein eines einfachen Sprühkegels kann aber auch dessen Symmetrie und Sprühstrahlintensität präzise ermittelt werden.
Sensortyp zum Beispiel:
L-LAS-TB-100-T-AL-SC +
L-LAS-TB-100-R-AL-SC

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Inline-Messung der Farbe einer Oberfläche nach der 45°/0°-Methode
Damit die eigentliche Farbe besser in Erscheinung tritt, muss die Direktreflexion bestmöglich unterdrückt werden. Auf der Detektorseite trifft in erster Linie diffus reflektiertes Senderlicht auf. Glanzeffekte werden hierbei weitestgehend vermieden. Der Unterschied zwischen glänzenden und matten Oberflächen wird dadurch erheblich reduziert. Diese Farbmessmethode kommt hauptsächlich bei planen Oberflächen (plan innerhalb des Messflecks) zum Einsatz. Ferner sollten hierbei homogene Oberflächen vermessen werden. Zur Messung von strukturierten Oberflächen ist dieses Messprinzip weniger geeignet.
SPECTRO-3-28-45°/0°-MSM-ANA-DL

Inline-Messung der Farbe einer Oberfläche nach der Diffus/0°-Methode
Gerade bei strukturierten Oberflächen eignet sich dieses Messverfahren hervorragend, werden doch mittels diffuser Beleuchtung Oberflächenunterschiede weitestgehend kompensiert. Aber auch bei drahtförmigen Objekten (beispielsweise Metalldrähte, Kunststoffdrähte, Textilfäden) eignet sich diese Messmethode außerordentlich gut. Da hierbei Inline gemessen wird, scheidet eine Ulbrichtkugel als diffuse Lichtquelle aus. Stattdessen wird eine Kombination aus Volumenstreuscheiben und einem Sunlight-LED-Cluster eingesetzt. Damit wird der komplette Halbraum nahezu homogen ausgeleuchtet.
SPECTRO-3-20-DIF-MSM-ANA-DL

Punktuelle Inline-Farbmessung
Zur Inline-Farbmessung von kleinen Oberflächenausschnitten eignen sich Lichtleiterfrontends. Je nach Applikation kann dabei eine V-förmige Anordnung einer Kombination aus Sende- und Empfangslichtleiter oder aber ein Reflexlichtleiter, in dem Sender- und Empfängerzweig gleichermaßen präsent sind, ausgewählt werden. Entsprechende Querschnittwandler ermöglichen sowohl runde als auch rechteckige Lichtspots.

Inline-Farbmessung mit Lichtleitern
Zur Farbmessung beispielsweise von Perlglanzeffekt-Farbmarken wird eine Farbsensorik mit Lichtleiterinterface eingesetzt. Mittels Reflexlichtleiter und Aufsatzoptik wird das Licht auf die Farbmarke projiziert und ein Teil des diffus reflektierten Lichtes wird auf dem rückwärtigen Weg dem farbempfindlichen Detektorelement zugeführt.
SPECTRO-3-FIO-MSM-ANA-DL +
R-S-R2.1-(6x1)-1200-67°+ KL-8-R2.1

Inline-Glanzmessung
Zur Qualitätsbeurteilung einer Oberfläche wird neben der Farbe auch der Glanz herangezogen. Unter Glanz versteht man die Direktreflexion an der Oberfläche. Dabei muss darauf geachtet werden, dass die Oberfläche innerhalb des Lichtspots plan und homogen ist. Gemessen wird je nach Glanzgrad unter verschiedenen Winkeln zur Normalen:
• 20° (hochglänzende Oberfläche)
• 60° (glänzende bis matte Oberfläche)
• 85° (matte Oberfläche mit wenig Glanz)
• 45° (matte bis glänzende Papieroberfläche, TAPPI-Norm)
• 75° (matte Papieroberfläche, TAPPI-Norm)

Bei der Inline-Glanzmessung muss darauf geachtet werden, dass der Messabstand, d.h. der Abstand zwischen Glanzmesssystem und zu vermessender Oberfläche, konstant ist und dem vorgeschriebenen Messabstand entspricht. Neben den angegebenen Messwinkeln stehen je Messwinkel verschiedene Blenden zur Auswahl. Damit lassen sich Lichtspotgrößen ab 1mm Durchmesser realisieren, wodurch entsprechend kleine Objekte gemessen werden können.
GLOSS-20-20°
GLOSS-20-45°
GLOSS-20-75°
GLOSS-15-60°
GLOSS-5-85°

Inline-Haze-Kontrolle
Im Unterschied zur Glanzmessung, bei der die Direktreflexion entscheidend ist, geht es bei der Haze-Kontrolle um den diffus gestreuten Anteil von gerichtetem Licht auf die zu messende Oberfläche. Wird beispielsweise ein Liniengitter auf die zu vermessende Oberfläche projiziert, so zeigt sich, bedingt durch die diffuse Reflexion, ein sogenannter Schleiereffekt, der das Abbild auf der Oberfläche leicht verschwommen wiedergibt. Gemessen wird der Schleiereffekt mit Hilfe einer in das Messsystem integrierten abbildenden Optik inkl. Zeilensensorik. Bei Vorhandensein einer schleierfreien Oberfläche erscheint die Abbildung auf der Zeile mit hohem Kontrast, d.h.Hell-Dunkel-Übergänge im Liniengitter zeigen auf dem Videosignal eine hohe Amplitude. Bei leicht diffuser Oberfläche hingegen wird der Kontrast kleiner und die Amplitude des Videosignals nimmt entsprechend ab.
GLAST-85-30°/30°-DIF-0.5/0.5
GLAST-85-30°/30°-DIF-1.0/1.0
GLAST-85-30°/30°-DIF-2.0/2.0

Inline-Fluoreszenzmessung
Fluoreszierende Oberflächen zeichnen sich dadurch aus, dass sie bei Einstrahlung von Licht (Primärlicht) einer bestimmten Wellenlänge mit dem Emittieren von Sekundärlicht antworten. Nach Einstellung der Primäremission endet auch abrupt die Sekundäremission. Es findet somit kein Nachleuchten statt. Typische Anregungswellenlängen liegen dabei im sogenannten UVA-Bereich (typ. 365nm), bestimmte Leuchtstoffe können aber auch im blauen bzw. im roten Wellenlängenbereich angeregt werden. Die Sekundäremission findet dabei im längerwelligen sichtbaren Bereich bzw. im nahen Infrarotbereich statt.
Zur Inline-Fluoreszenzmessung wird eine mit UVA-LEDs bestückte Farbsensorik eingesetzt. Mittels optischer Langpassfilter kann Sekundärlicht ab dem blauen Wellenlängenbereich auf den Farbdetektor auftreffen.
SPECTRO-3-30-UV/BL-MSM-ANA

Punktuelle Inline-Fluoreszenzmessung
Zur Messung von sehr kleinen fluoreszierenden Oberflächen eignen sich am besten Sensoren mit Aufsatzoptiken, die über einen Lichtleiter mit dem Messsystem verbunden sind. Damit können Lichtspotgrößen ab ca. 1mm im Durchmesser oder aber Querschnitte mit 2mm x 0.3mm realisiert werden.
Auch hierbei wird der sichtbare Wellenlängenbereich ausgewertet. Mittels Dreibereichsdetektor kann auch die Farbe der Sekundäremission ermittelt werden (L*a*b*).
SPECTRO-3-FIO-UV/BL-MSM-ANA +
R-S-A3.0-(3.0)-1200-22°-UV + KL-9-A3.0

Inline-Phosphoreszenzmessung

Im Gegensatz zu fluoreszierenden Oberflächen kann bei phosphoreszierenden Oberflächen ein Nachleuchten festgestellt werden, dessen Intensität nach Beendigung der Primäremission exponentiell mit einer markerspezifischen Zeitkonstante (TAU) abklingt. Geeignete Anregungswellenlängen, ja nach eingesetztem Marker, reichen dabei vom UVA-Bereich (z.B. 365nm) über den sichtbaren Wellenlängenbereich (z.B. Blau, Rot) bis in den nahen Infrarotbereich. Die Primäremissionen liegen dabei entweder im sichtbaren Wellenlängenbereich oder aber im nahen Infrarotbereich.
Die markerspezifische, exponentielle Abklingkurve kann mittels zweier Parameter beschrieben werden: Mit der Anfangsintensität INT und der Zeitkonstante TAU.
Je nach Dotierung der Marker können gezielt die Anregungswellenlänge, die Sekundäremission und die Zeitkonstante TAU beeinflusst werden. Dadurch können Marker individuell für die jeweilige Applikation angepasst werden.
LUMI-TAU-INLINE-SL-IR/IR

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