DE10258692B3

DE10258692B3 - Radiation measurement arrangement for measuring the radiation incident on 3D objects, comprises a precise model of the original object with radiation sensors integrated in the object surfaces and an evaluation unit

Info

Publication number: DE10258692B3
Application number: DE2002158692
Authority: DE
Inventors: Thomas Kleinbeck; Joerg Schroeter; Wolfgang Heering
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2002-12-16
Filing date: 2002-12-16
Publication date: 2004-09-16
Anticipated expiration: 2022-12-17

Abstract

Measurement arrangement for measurement of the radiation incident on workpieces has a housing containing a sensors and a power supply. The measurement arrangement comprises a model with an identical shape to that of the workpiece for which incident radiation is being measured. The sensors (2a, 2b, 2c) are integrated in the surfaces (1a, 1b) of the measurement arrangement and measure radiation (6a, 7a) from the radiation sources.

Description

In der Druckindustrie sind Durchlaufsensoren zur Strahlungsmessung bekannt, die die Bestrahlung eines im Wesentlichen ebenen Werkstücks, beispielsweise einer mit UV-Licht bestrahlten Papieroberfläche, erfassen.In the printing industry there are flow sensors known for radiation measurement, which is essentially the irradiation of a flat workpiece, for example one with UV light irradiated paper surface, to capture.

Derartige Sensoren versagen jedoch bei dreidimensionalen Werkstücken, bei denen die zu bestrahlenden Flächen einen erheblichen Abstand in z-Richtung voneinander haben können.However, such sensors fail with three-dimensional workpieces, where the areas to be irradiated are a considerable distance can have in the z direction from each other.

Die US 6 023 066 A sowie die US 5 424 547 A betreffen eine Messeinrichtung für die Strahlungsmessung von mit Strahlung zu beaufschlagenden Werkstücken. Dabei wird in der US 6 023 066 A der Sensor direkt an einer interessierenden, mit Strahlung zu beaufschlagenden Stelle eines Werkstücks oder in einem Werkstück befestigt. Die Verwendung mehrerer Sensoren ist in der US 5 424 547 A beschrieben.The US 6 023 066 A as well as the US 5,424,547 A relate to a measuring device for the radiation measurement of workpieces to be exposed to radiation. It is in the US 6 023 066 A the sensor is attached directly to a point of interest of a workpiece to be exposed to radiation or in a workpiece. The use of multiple sensors is in the US 5,424,547 A described.

Die Erfindung ermöglicht eine dreidimensionale Erfassung der auf ein Werkstück fallenden Strahlung. Sie macht sich die Erkenntnis zunutze, dass ein dem Originalwerkstück nachgebildetes Modell mit einer dem Originalwerkstück entsprechenden Oberflächenkontur der gleichen Bestrahlung ausgesetzt ist wie das Originalwerkstück. Durch an dem Modell angebrachte strahlungsempfindliche Sensoren kann somit die auf verschiedene Oberflächenbereiche des Modells auftreffende Strahlung erfasst und gemessen werden. Besonders vorteilhaft werden an dem Modell Sensoren mit unterschiedlicher spektraler Empfindlichkeit angeordnet. Auf diese Weise ist es sehr einfach möglich, die von unterschiedlichen Strahlungsquellen stammende Strahlung zu beurteilen. Die Erfindung dient zum einen dazu, bei Einrichtung einer Produktionslinie mit Strahlungsquellen die Strahlungsquellen so zu justieren, dass ein Originalwerkstück im Prozessablauf mit der richtigen Bestrahlungsstärke bestrahlt wird. Bei den Strahlungsquellen kann es sich beispielsweise um UV-Strahler handeln, mit deren Strahlung ein Werkstück, oder Teilbereiche eines Werkstücks zum Zwecke des Aushärtens bestrahlt werden. Des Weiteren eignet sich die Erfindung auch hervorragend zur laufenden Kontrolle der Strahlungsquellen im Produktionsprozess, um beispielsweise Alterungserscheinungen frühzeitig festzustellen. Dazu werden erfindungsgemäß ausgestaltete Modellwerkstücke in vorgebbaren zeitlichen Abständen in die Prozesskette eingeschleust und passieren wie die Originalwerkstücke die Bestrahlungsstation. Da neben den Sensoren auch die Auswerteschaltungen für die Sensoren und die dafür erforderliche Stromversorgung in Gestalt von Batterien ebenfalls in dem Modellwerkstück angeordnet sind, ist dieses völlig autonom und leicht handhabbar.The invention enables a three-dimensional Detection of the on a workpiece falling radiation. It takes advantage of the knowledge that a the original workpiece replica model with a surface contour corresponding to the original workpiece is exposed to the same radiation as the original workpiece. By radiation-sensitive sensors attached to the model Consequently on different surface areas radiation incident on the model are recorded and measured. Sensors with different spectral values are particularly advantageous on the model Sensitivity arranged. That way it's very easy possible, the radiation originating from different radiation sources to judge. The invention is used on the one hand for installation the radiation sources in a production line with radiation sources to adjust so that an original workpiece in the process flow with the correct one irradiance is irradiated. The radiation sources can be, for example are UV lamps with the radiation of a workpiece, or Areas of a workpiece for the purpose of curing be irradiated. The invention is also outstandingly suitable for continuous control of radiation sources in the production process, For example, to identify signs of aging at an early stage. To are designed according to the invention Model workpieces at predefinable time intervals in the process chain and pass through like the original workpieces Irradiation station. As well as the sensors, the evaluation circuits for the Sensors and the ones for them required power supply in the form of batteries also in the model workpiece are arranged, this is completely autonomous and easy to use.

Zeichnungdrawing

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachfolgend erläutert, 1 zeigt dabei die Seitenansicht eines geöffneten Modellwerkstücks mit darin angeordneten Sensoren und Zubehör.The invention is explained below with the aid of the drawing, 1 shows the side view of an open model workpiece with sensors and accessories arranged therein.

Von einem beliebigen Werkstück oder Erzeugnis, das mit einem strahlungsempfindlichen Lack, beispielsweise mit UV-Lack beschichtet und unter Strahlungseinwirkung ausgehärtet werden soll, wird eine Kopie als Modellwerkstück hergestellt, die als Messeinrichtung 1 fungiert. Die Messeinrichtung 1 weist eine identische Oberflächenstruktur wie das Originalwerkstück auf. Diese Kopie wird beispielsweise aus Leichtmetall, Weißblech, oder aus einem beliebigen anderen geeigneten Werkstoff hergestellt. Bei dem in 1 dargestellten, stark vereinfachten Ausführungsbeispiel der Erfindung hat das einem Originalwerkstück nachgebildete Modell eine im Wesentlichen quaderförmige Gestalt mit einer gestuft ausgebildeten Oberfläche, die die Oberflächenbereiche 1a und 1b umfasst. Die Messeinrichtung 1 umfasst ein Gehäuse 1c, das Sensoren 2a, 2b, 2c, eine Auswerteschaltung 4, sowie eine Stromversorgung 5, einschließt. Die Sensoren 2a, 2b, 2c sind über Verbindungsleitungen 3a, 3b, 3c mit der Auswerteschaltung 4 verbunden. Die Sensoren 2a, 2b, 2c sind derart in die Oberfläche (Oberflächenbereiche 1a, 1b) des Gehäuses 1c der Messeinrichtung 1 eingelassen, dass ihre strahlungsempfindlichen Flächen der Strahlung 6a, 7a von Strahlungsquellen 6, 7 ausgesetzt sind. Dabei ist der Sensor 2a in dem höher gelegenen Oberflächenbereich 1b des Gehäuses 1c der Messeinrichtung 1 angeordnet, während die Sensoren 2b, 2c in dem tiefer gelegenen Oberflächenbereich 1a angeordnet sind. Die Oberflächenbereiche 1a, 1b des Gehäuses 1c simulieren somit die Oberflächenbereiche eines Originalwerkstücks, das der Strahlung 6a, 7a von Strahlungsquellen 6, 7 ausgesetzt werden soll. Die Sensoren 2a, 2b, 2c nehmen die Strahlung 6a, 7a der Strahlungsquellen 6,7 auf und wandeln diese in entsprechende elektrische Signale um, die über Verbindungsleitungen 3a, 3b, 3c einer Auswerteschaltung 4 zugeführt und dort ausgewertet werden. Bevorzugt umfasst die Auswerteschaltung 4 beispielsweise Strom-Spannungswandler, die einen von den Sensoren 2a, 2b, 2c bei Bestrahlung abgegebenen Signalstrom in einen entsprechenden Spannungswert umwandeln. Weiterhin kann die Messeinrichtung, insbesondere in der Auswerteschaltung 4 Speichermittel 9, insbesondere Kondensatoren umfassen, die bei Anliegen einer Spannung aufgeladen werden. Die anliegende Spannung, die ein Maß für die Bestrahlungsstärke ist, kann dann später auf einfache Weise ausgewertet werden. Die Sensoren 2a, 2b, 2c können die gleiche spektrale Empfindlichkeit aufweisen. Besonders vorteilhaft können jedoch auch Sensoren mit unterschiedlicher spektraler Empfindlichkeit Anwendung finden, wenn beispielsweise ein Werkstück mit unterschiedlichen Strahlungsquellen 6,7 bestrahlt werden soll. Beispielsweise kann so der Sensor 2a für Strahlung 7a der Strahlungsquelle 7 empfindlich sein, während die Sensoren 2b, 2c für die Strahlung 6a der Strahlungsquelle 6 empfindlich sind. Die ebenfalls in dem Gehäuse 1c angeordnete Stromversorgung 5, vorzugsweise eine Batterie dient der Energieversorgung der Auswerteschaltung 4 und ggf, der Sensoren 2a, 2b, 2c. Die Messeinrichtung 1 ist dadurch völlig autonom und leicht handhabbar. Selbstverständlich können durch eine derartige Messeinrichtung auch komplexere Oberflächenstrukturen von zu bestrahlenden Werkstücken nachgebildet werden. Und es kann auch eine größere Anzahl von Sensoren zum Einsatz kommen.A copy of any workpiece or product that is to be coated with a radiation-sensitive lacquer, for example with UV lacquer and cured under the action of radiation, is produced as a model workpiece, that as a measuring device 1 acts. The measuring device 1 has an identical surface structure to the original workpiece. This copy is made, for example, of light metal, tinplate, or any other suitable material. At the in 1 illustrated, highly simplified embodiment of the invention, the model modeled on an original workpiece has a substantially cuboid shape with a stepped surface that defines the surface areas 1a and 1b includes. The measuring device 1 includes a housing 1c , the sensors 2a . 2 B . 2c , an evaluation circuit 4 , as well as a power supply 5 , includes. The sensors 2a . 2 B . 2c are via connecting lines 3a . 3b . 3c with the evaluation circuit 4 connected. The sensors 2a . 2 B . 2c are such in the surface (surface areas 1a . 1b ) of the housing 1c the measuring device 1 let in their radiation sensitive areas of radiation 6a . 7a of radiation sources 6 . 7 are exposed. Here is the sensor 2a in the higher surface area 1b of the housing 1c the measuring device 1 arranged while the sensors 2 B . 2c in the lower surface area 1a are arranged. The surface areas 1a . 1b of the housing 1c thus simulate the surface areas of an original workpiece, that of radiation 6a . 7a of radiation sources 6 . 7 to be suspended. The sensors 2a . 2 B . 2c take the radiation 6a . 7a of radiation sources 6 . 7 and convert them into corresponding electrical signals, which are connected via connecting cables 3a . 3b . 3c an evaluation circuit 4 fed and evaluated there. The evaluation circuit preferably comprises 4 for example current-voltage converters, one of the sensors 2a . 2 B . 2c Convert the signal current emitted during irradiation into a corresponding voltage value. Furthermore, the measuring device, in particular in the evaluation circuit 4 storage means 9 , in particular comprise capacitors which are charged when a voltage is applied. The applied voltage, which is a measure of the irradiance, can then be easily evaluated later. The sensors 2a . 2 B . 2c can have the same spectral sensitivity. However, sensors with different spectral sensitivity can also be used particularly advantageously if, for example, a workpiece with different radiation sources 6 . 7 to be irradiated. For example, the sensor 2a for radiation 7a the radiation source 7 be sensitive while the sensors 2 B . 2c for the radiation 6a the radiation source 6 are sensitive. The also in the housing 1c arranged power supply 5 , preferably a battery is used to supply energy to the evaluation circuit 4 and possibly the sensors 2a . 2 B . 2c , The measuring device 1 is therefore completely autonomous and easy to handle. Of course, such a measuring device can also be used to simulate more complex surface structures of workpieces to be irradiated. And a larger number of sensors can also be used.

Im Folgenden wird die Funktion der Messeinrichtung 1 kurz beschrieben. Die Messeinrichtung 1 kann zunächst vorteilhaft bei der Inbetriebnahme einer neuen Produktionslinie eingesetzt werden, bei der in einer Strahlungsquellen 6, 7 umfassende Bestrahlungsstation Werkstücke mit Strahlung 6a, 7a beaufschlagt werden sollen. Hierbei kann es sich beispielsweise um Halbleiterbauelemente handeln, die mit einem strahlungsempfindlichen Lack beschichtet sind, der unter der Einwirkung von UV-Strahlung aushärten soll. Weiterhin sind auch Anwendungen denkbar, bei denen mit Lack beschichtete Werkstücke durch Strahlung getrocknet werden sollen. Die Messeinrichtung 1 wird dazu der Strahlung 6a, 7a der Strahlungsquellen 6, 7 ausgesetzt, indem sie beispielsweise, wie ein Originalwerkstück, auf einem Transportband unter den Strahlungsquellen 6, 7 hindurchbewegt wird. Die Sensoren 2a, 2b, 2c nehmen die Strahlung 6a, 7a auf und erzeugen entsprechende Ausgangssignale, die in der Auswerteschaltung 4 aufbereitet und dort ggf. gespeichert werden. Eine Auswertung der gespeicherten Signale ermöglicht dann eine Beurteilung, ob die Strahlungsquellen 6, 7 richtig eingestellt und justiert sind.The following is the function of the measuring device 1 briefly described. The measuring device 1 can initially be used advantageously for the commissioning of a new production line, in the case of radiation sources 6 . 7 comprehensive radiation station workpieces with radiation 6a . 7a should be applied. These can be semiconductor components, for example, which are coated with a radiation-sensitive lacquer which is to cure under the action of UV radiation. Furthermore, applications are also conceivable in which workpieces coated with lacquer are to be dried by radiation. The measuring device 1 becomes the radiation 6a . 7a of radiation sources 6 . 7 exposed, for example, like an original workpiece, on a conveyor belt under the radiation sources 6 . 7 is moved through. The sensors 2a . 2 B . 2c take the radiation 6a . 7a on and generate corresponding output signals in the evaluation circuit 4 processed and saved there if necessary. An evaluation of the stored signals then enables an assessment of whether the radiation sources 6 . 7 are correctly set and adjusted.

Eine weitere vorteilhafte Anwendung der Messeinrichtung ergibt sich im laufenden Fertigungsprozess. So kann die Messeinrichtung 1 in vorgebbaren Zeitintervallen in der Kette zu bearbeitender Originalwerkstücke eingeschleust werden und passiert wie diese die Strahlungsquellen 6, 7. Die von den Sensoren 2a, 2b, 2c erzeugten Signale werden, wie zuvor schon beschrieben, ausgewertet. Auf diese Weise ist es möglich, Alterungsvorgänge bei den Strahlungsquellen 6, 7 frühzeitig zu erfassen und dadurch Produktionsausfälle zu vermeiden.Another advantageous application of the measuring device results in the ongoing manufacturing process. So the measuring device 1 are inserted at predefinable time intervals in the chain of original workpieces to be machined and passes through the radiation sources like these 6 . 7 , The sensors 2a . 2 B . 2c generated signals are evaluated, as previously described. In this way it is possible to carry out aging processes at the radiation sources 6 . 7 to be recorded at an early stage and thereby avoid production downtimes.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Messeinrichtung 1 zusätzlich ein Kommunikationsmodul 8, insbesondere ein Funkmodul, das eine Datenkommunikation der Messeinrichtung 1 mit ihrer Umwelt ermöglicht. Dadurch können von der Messeinrichtung 1 erfasste Messwerte vorzugsweise drahtlos nach außen übertragen werden. Auf diese Weise ist es unter Umständen möglich, von ihren Sollwerten abweichende Strahlungsquellen 6, 7 in Echtzeit zu korrigieren.In a particularly advantageous embodiment of the invention, the measuring device comprises 1 additionally a communication module 8th , in particular a radio module, the data communication of the measuring device 1 with their environment. This allows the measuring device 1 Measured values recorded are preferably transmitted wirelessly to the outside. In this way it is possible under certain circumstances, radiation sources deviating from their target values 6 . 7 correct in real time.

11: Messeinrichtungmeasuring device
1a1a: Oberflächenbereichsurface area
1b1b: Oberflächenbereichsurface area
1c1c: Gehäusecasing
2a2a: Sensorsensor
2b2 B: Sensorsensor
2c2c: Sensorsensor
3a3a: Verbindungsleitungconnecting line
3b3b: Verbindungsleitungconnecting line
3c3c: Verbindungsleitungconnecting line
44: Auswerteschaltungevaluation
55: Stromversorgungpower supply
66: Strahlungsquelleradiation source
6a6a: Strahlungradiation
77: Strahlungsquelleradiation source
7a7a: Strahlungradiation
88th: Kommunikationsmodulcommunication module
99: Speichermittelstorage means

Claims

Measuring device for the radiation measurement of workpieces to be exposed to radiation, the measuring device comprising a housing in which sensors and a power supply are combined, characterized in that the measuring device ( 1 ) is reproduced as an identical model to an original workpiece, and that in the surface areas to be exposed to radiation ( 1a . 1b ) of the measuring device ( 1 ) for radiation ( 6a . 7a ) of radiation sources ( 6 . 7 ) sensitive sensors ( 2a . 2 B . 2c ) are arranged.

Measuring device according to claim 1, characterized in that the sensors ( 2a . 2 B . 2c ) have the same spectral sensitivity.

Measuring device according to claim 1, characterized in that it sensors ( 2a . 2 B . 2c ) which have a different spectral sensitivity.

Measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that it further comprises an evaluation circuit ( 4 ), the evaluation circuit with the sensors and the power supply being combined in the housing such that the measuring device ( 1 ) forms an autonomous unit.

Measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that it is a communication module ( 8th ), in particular comprises a radio module, with the aid of which measurement data can be transmitted in particular wirelessly.

Measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that it has storage means ( 9 ) for storing a measured variable.