-
Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung der Elementbelegung
auf einer Oberfläche,
insbesondere zur Bestimmung der Zinnkontamination auf Floatglas,
umfassend eine Strahlquelle, deren Strahlung das Element zur Fluoreszenz
anregt.
-
In
der modernen Glasfertigung wird Flachglas, das z. B. als Fensterglas,
aber auch als Vorprodukt für
Spiegel- und Automobilglas eingesetzt wird, überwiegend (ca. 95%) als Floatglas
im Floatprozess hergestellt. Hierbei wird die gereinigte, bei 1.100°C teigig-flüssige Glasschmelze
in einem endlos-kontinuierlichen Prozess fortlaufend von einer Seite
in ein längliches
Bad aus flüssigem
Zinn geleitet, welches in einer Schutzgasatmosphäre zur Vermeidung einer Oxidation
gehalten wird. Auf der Oberfläche
des flüssigen
Zinns schwimmt das etwa leichtere Glas und breitet sich wie ein Ölfilm gleichmäßig aus.
Durch die Oberflächenspannung
des Zinns und des flüssigen Glases
bilden sich extrem glatte Oberflächen.
Das am kühleren
Ende des Bades erstarrte, noch ca. 600°C warme Glas wird fortlaufend
herausgezogen und durchläuft
einen Kühlofen,
in welchem es verspannungsfrei heruntergekühlt wird. Nach einer optischen
Qualitätskontrolle
wird das Glas schließlich geschnitten.
-
Die
besonderen Eigenschaften von Zinn qualifizieren es in besonderer
Weise für
den Einsatz bei der Floatglasherstellung. So hat Zinn mit 232°C einen vergleichsweise
niedrigen Schmelzpunkt, so dass es bis zum völligen Erstarren des Glases
noch flüssig
bleibt; ferner hat es bei den verwendeten 1.100°C noch keinen hohen Dampfdruck,
der zu Ablagerungen und Unebenheiten an der Glasunterseite führen könnte, und
verhält
sich gegenüber
dem Glas inert. Allerdings kommt es zu einer geringfügigen diffusionsbedingten
Absorption von Sn2+-Ionen in der zinnbadseitigen
Oberfläche
des Floatglases, was dann ein Problem darstellt, wenn eine besondere Oberflächenreinheit
gefordert wird. Diese wird beispielsweise bei der Funktionalisierung
von Glasoberflächen
zur Herstellung von Glasverbünden,
zur Glasverklebung oder zur Beschichtung gefordert.
-
Ein
weiteres erhebliches Problem stellt die sogenannte Glaskorrosion
dar, welche zwar sowohl auf der Zinnbadseite als auch auf der abgewandten Seite
auftritt. Allerdings lässt
sich eine Schutzbeschichtung zuverlässiger auf der abgewandten
Seite aufbringen.
-
Bei
der Glaskorrosion handelt es sich im Einzelnen um eine strukturelle
Veränderung
und damit verbundene Verwitterung der Glasoberfläche durch verschiedenartige
chemische und physikalische Einflüsse, was sich bei fortschreitender
Korrosion makroskopisch durch eine Trübung infolge einer dünnen Aufrauung
und feinen Rissbildung in der Oberfläche bemerkbar macht. Mikroskopisch
beginnt die Glaskorrosion mit dem Herauslösen von Oxiden diverser Elemente,
z. B. Natrium, Kalium, Calcium, Barium oder Bor. An den betroffenen
Stellen verändern
sich damit die physikalischen Eigenschaften des Materials. Es bildet
sich eine Gelschicht, die mit Ionen des einwirkenden Stoffes weiter
zu einem schleierhaften Überzug reagiert,
was ebenfalls die Transparenz der Oberfläche und damit den Qualitätseindruck
merklich beeinträchtigt.
-
Die
Glaskorrosion hat eine Reihe weiterer gravierender Nachteile. So
können
beim Handhaben der Glasscheiben im Lager durch Sauger Saugerabdrücke an der
Gelschicht der Glasscheibenoberflächen entstehen. Ferner wird
die Gelschicht bei der Lagerung der Glasscheiben durch Luftfeuchtigkeit und
Kondensation von Wasser auf den Oberflächen des Glases derart verstärkt, dass
sogar aneinanderliegende Scheiben in Scheibenstapeln miteinander verkleben
können.
Ein weiteres Problem der Glaskorrosion besteht darin, dass es zu
Fehlern oder mangelhaften Qualitäten
bei Beschichtungen oder Veredelungen auf der Gelschicht oder korrodierten Schicht
kommen kann.
-
Die
Zinnbadseite und die in der Floatglasproduktion vom Zinnbad abgewandte
Seite weisen daher eine Reihe nennenswerter Unterschiede auf, die bei
der Weiterverarbeitung der Gläser
von erheblicher Bedeutung sein können.
Es kommt daher entscheidend darauf an, zu jedem Zeitpunkt die Zinnbadseite
des Glasproduktes zuverlässig
bestimmen zu können.
-
Hierbei
kann ausgenutzt werden, dass die auf der Zinnbadseite des Glases
eindiffundierten Zinnatome durch Bestrahlung mit UV-Licht zur Fluoreszenz
angeregt werden. Bei der Fluoreszenz werden die Atome jeweils durch
Absorption eines Lichtquants, vorliegend eines UV-Lichtquants, in
einen elektronisch angeregten Zustand überführt, was aufgrund der geringen
Lebensdauer dieses Zustands (einige Nanosekunden) praktisch instantan
einen Relaxationsprozess einleitet, der einerseits strahlungslos
durch Umwandlung in Schwingungsenergie oder strahlend durch Aussendung
eines Fluoreszenzphotons ablaufen kann. Entsprechend der Stokes'schen Regel ist das
Fluoreszenzquant energieärmer
und damit langwelliger, so dass es im Falle der Zinnatome zum sichtbaren
Teil des elektromagnetischen Spektrums gehört. Ein typisches Fluoreszenzspektrum
ist in 4 dargestellt. Deutlich erkennbar ist ein stark verbreiterter
Fluoreszenz-Peak zwischen ca. 360 nm und ca. 750 nm mit einem Maximum
bei ca. 500 nm, der von einigen charakteristischen Linien überlagert ist.
Im Gesamteindruck ist makroskopisch ein milchigblaugraues Fluoreszenzleuchten
erkennbar.
-
Aufgrund
der geringen Absorptionslänge
der UV-Strahlung im Glas werden nur die unmittelbar beleuchteten
Zinnatome angeregt, was bedeutet, dass die Zinnbadseite eindeutig
identifiziert werden kann, da das UV-Licht bei Bestrahlung der Atmosphärenseite
an der Oberfläche
absorbiert wird, so dass an der rückseitigen Fläche des
Glasproduktes vorhandene Zinnatome nicht mehr angeregt werden und entsprechend
keine Fluoreszenz detektiert werden kann. Somit ist eine Möglichkeit
gegeben, mittels eines optischen Testverfahrens die Zinnbadseite
des Floatglases von der bzw. den nicht mit dem Zinnbad in Kontakt
gekommenen Seiten zu unterscheiden.
-
Aus
der Praxis ist bekannt, zur Bestimmung der Zinnbadseite des Glasproduktes,
dessen Oberfläche
mit einer Quecksilber-Niederdruckdampflampe,
wie sie beispielsweise aus Banknotenprüfgeräten bekannt ist, zu bestrahlen.
Hierbei handelt es sich jedoch um ein äußerst grobes und ungenaues
Messverfahren, da die Fluoreszenzintensität relativ zur Intensität der Hg-Lampe
sehr gering ist und von dieser stark überlagert wird. Daher handelt
es sich um eine nur schwer handhabbare Apparatur, welche zudem kein
quantifizierbares Messergebnis der Fluoreszenz, sondern lediglich
den Effekt der Fluoreszenz auf der Glasoberfläche sichtbar macht.
-
Ausgehend
hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung
der eingangs genannten Art anzugeben, die eine schnelle zuverlässige Bestimmung
der Elementbelegung einer Oberfläche
ermöglicht
und dabei einfach bedienbar ist. Ferner soll sich die Vorrichtung
durch vergleichsweise geringe Anschaffungs- und Betriebskosten auszeichnen
und eine lange Lebensdauer der eingesetzten Komponenten aufweisen.
-
Die
Aufgabe wird mit einer Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Schutzanspruches
1 dadurch gelöst,
dass sie eine Detektoreinheit zur Detektion der Fluoreszenzstrahlung
aufweist und die Strahlquelle eine UV-Strahlung emittierende Leuchtdiode umfasst.
-
Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
lässt sich zur
Bestimmung sämtlicher
Elemente auf einer Oberfläche
einsetzen, welche im UV-Bereich des elektromagnetischen Spektrums
anregbar sind und die Anregungsenergie strahlend mittels Fluoreszenz
abgeben. Entsprechend ergibt sich eine weites Spektrum möglicher
Anwendungen in der Materialprüfung.
Insbesondere eignet sie sich zur Bestimmung der Zinnkontamination
auf Floatglas. Aber auch die Verwendung zur Prüfung von Banknoten, Briefmarken
oder anderen Sicherheitslabeln oder -anhängern auf Flughäfen oder
anderen sicherheitsrelevanten Bereichen ist bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung
möglich.
-
Der
besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin,
dass sie aufgrund der im Vergleich zu herkömmlichen Hg-Dampflampen kompakten
Abmessungen einer UV-LED
und aufgrund der einer LED innewohnenden Robustheit und Langlebigkeit
problemlos als mobiles Handmessgerät ebenso wie als stationäres Messgerät in einer Produktionslinie
ausgelegt werden kann. Der vergleichsweise geringe Stromverbrauch
einer LED verbunden mit einer weit weniger aufwändigen Ansteuerelektronik – Vorschaltgeräte und Starter
sind nicht erforderlich – qualifizieren
eine UV-LED zusätzlich
für den
Einbau in ein kompaktes, autarkes und einfach bedienbares Handgerät. Durch
Verwendung einer Detektionseinheit kann die Fluoreszenz auf der Oberfläche zuverlässig festgestellt
und in Abhängigkeit
von einer ggf. nachgeschalteten Auswerteelektronik rein qualitativ
oder auch quantitativ angezeigt werden. Um die Quantenausbeute bei
der Fluoreszenz insbesondere von Zinn zu maximieren, kommt bevorzugt
eine im UV-C-Bereich des elektromagnetischen Spektrums (100 nm–280 nm,
entspr. 12,4–4,43
eV) emittierende Leuchtdiode zum Einsatz, wobei das Emissionsmaximum
bevorzugt bei 280 nm liegt.
-
Für die Anordnung
von Strahlquelle und Detektoreinheit relativ zueinander und zur
zu untersuchenden Oberfläche
gibt es verschiedene Möglichkeiten.
So ist es im Falle transparenter Bauteile, insbesondere bei Glasprodukten,
einerseits möglich, Strahlquelle
und Detektoreinheit auf unterschiedlichen Seiten des Bauteils anzuordnen,
so dass die Strahlquelle die elementbelegte Oberfläche bestrahlt und
somit die gewünschte
isotrop emittierte Fluoreszenz erzeugt, während die Detektoreinheit an
der gegenüberliegenden
Seite angeordnet ist und ausschließlich das durch das Bauteil hindurchdringende Fluoreszenzlicht
aufnimmt. Der Vorteil dieser Konfiguration ist, dass die winkelmäßige Ausrichtung
von Strahlquelle und Detektoreinheit praktisch beliebig ist, da
das auf die Oberfläche
aufgestrahlte UV-Licht infolge seiner sehr kurzen Absorptionslänge in den meisten
transparenten Stoffen, insbesondere in gewöhnlichem Glas, im Gegensatz
zum Fluoreszenzlicht nicht durch das Bauteil transmittiert wird
und somit nicht als Störlicht
vor der Detektoreinheit ausgefiltert zu werden braucht. Jedoch ist
eine kompakte Bauweise des Messgerätes vergleichsweise schwer erreichbar
ist, da Strahlquelle und Detektoreinheit sich auf unterschiedlichen
Seiten des zu untersuchenden transparenten Bauteils befinden. Denkbar ist
gleichwohl eine Anordnung in einem Gerät, welches entsprechend das
Bauteil an seinem Randbereich umgreift. Im Falle einer stationär in einer
Produktionsanlage eingesetzten Vorrichtung ist eine Anordnung von
Strahlquelle und Detektoreinheit auf unterschiedlichen Seiten des
Bauteils jedoch in der Regel unproblematisch.
-
Nach
einer alternativen, besonders bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist vorgesehen, dass die Strahlquelle und die Detektoreinheit auf
derselben Seite der Oberfläche angeordnet
sind. In dieser Konfiguration können Strahlquelle
und Detektoreinheit problemlos und platzsparend in einem gemeinsamen
Gehäuse
angeordnet werden. Jedoch muss beachtet werden, dass das von der
Oberfläche
rückreflektierte
UV-Licht möglichst
von der Detektoreinheit ferngehalten wird, was am einfachsten dadurch
gelingt, dass die Leuchtdiode die Oberfläche unter einem Einfallswinkel α > 0 bestrahlt und die
Detektionseinheit außerhalb
des reflektierten Strahls angeordnet ist. Handelt es sich bei der
spiegelnd zu untersuchenden Oberfläche beispielsweise um eine Floatglasoberfläche, so wird
infolge der sehr glatten Glasoberfläche das aufgestrahlte UV-Licht
unter definiertem Reflexionswinkel rückreflektiert, so dass eine
Ausrichtung der Detektoreinheit außerhalb des reflektierten Strahls
problemlos möglich
ist.
-
Wichtig
für eine
einfache Handhabbarkeit der Vorrichtung ist es, dem Bediener der
Vorrichtung eine möglichst
große
Freiheit bei der Wahl des Messabstands zu erlauben. Dies wird bevorzugt
dadurch erreicht, dass die Strahlquelle wenigstens ein erstes strahlformendes
Element aufweist, wobei das strahlformende Element den Strahl kollimiert.
Hierbei wird ein annähernd
paralleles Strahlenbündel
erzeugt, welches auf der zu untersuchenden Oberfläche unabhängig vom
jeweils gewählten
Abstand eine gleichmäßige Anregungsintensität ermöglicht.
Zur adäquaten
Strahlformung können
Blenden und/oder Kollimatorlinsen verwendet werden.
-
Entscheidend
kommt es bei der Messung darauf an, aussagekräftige und reproduzierbare Ergebnisse
unabhängig
von den Beleuchtungsverhältnissen
der Umgebung zu erhalten. Auch eine Messung in Anwesenheit von UV-Strahlung,
beispielsweise bei Sonneneinstrahlung, darf die Messergebnisse nicht
verfälschen.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist
daher vorgesehen, dass die Strahlquelle Modulationsmittel zur Modulierung
der durch die Leuchtdiode emittierten UV-Strahlung umfasst. Hierdurch
ist es möglich,
der Messstrahlung und damit auch der Fluoreszenzstrahlung ein unverwechselbares
Muster gleichsam aufzuprägen,
wodurch eine Unterscheidbarkeit gegenüber UV- und sichtbarem Licht
der Umgebung durch entsprechende der Detektoreinheit nachgeschaltete
Auswertemittel möglich
wird.
-
Die
Detektoreinheit ihrerseits umfasst bevorzugt ein Detektorelement
zur Umsetzung der Strahlung in ein elektrisches Signal. Das Detektorelement kann
beispielsweise als Fotodiode ausgebildet sein, deren Sperrstrom
in Abhängigkeit
von der auftreffenden Fluoreszenzstrahlung variiert. Zur Maximierung der
messbaren Fluoreszenzintensität
und damit zur Maximierung des Signal-Rausch-Abstandes im Messsignal
ist die Detektoreinheit bevorzugt mit einem strahlformenden Element
zur Fokussierung der Fluoreszenzstrahlung auf das Detektorelement
versehen. Dieses strahlformende Element ist zweckmäßigerweise
als Fokussierlinse ausgebildet. Weiterhin sollte möglichst
viel Störlicht
von dem Detektorelement ferngehalten werden, was durch Einsatz entsprechender
Filter zur Abschwächung
nicht interessierender Spektralbereiche (beispielsweise des nahen
Infrarots) möglich
ist.
-
Um
den Intensitätswert
des auf das Detektorelement fallenden Fluoreszenzlichtes in ein
geeignetes Signal umzuwandeln, ist nach einer weitergehenden Lehre
der Erfindung vorgesehen, dass die Vorrichtung elektronische Auswertemittel
zur Erzeugung eines die Fluoreszenzintensität charakterisierenden elektrischen
Signalwertes umfasst. Beispielsweise kann es sinnvoll sein, den
Intensitätswert
des Fluoreszenzwertes in einen proportionalen Gleichspannungswert
umzuwandeln, welcher in den elektronischen Auswertemitteln nachgeschalteten
Anzeigemitteln zweckmäßigerweise
als Zahlwert auf einer Segment- oder Matrixanzeige dargestellt wird.
Wird im Falle der Produktion und Weiterverarbeitung von Glasprodukten,
insbesondere Floatglas, die erfindungsgemäße Vorrichtung inline in einer
nachgeschalteten Produktionsanlage eingesetzt, so kann der Messwert
auch in dieser Produktionsanlage unmittelbar verarbeitet werden,
um die gewünschte Glasseite
einer Bearbeitung (z. B. Verklebung, Beschichtung, Verbundherstellung
usw.) zuzuführen. Auch
bei der Herstellung und Bearbeitung von technischen Bauteiloberflächen allgemein
kann die Vorrichtung in eine Produktionsanlage integriert und die Fluoreszenzwerte
als Maß für die Elementbelegung der
Oberfläche
eingesetzt werden, um beispielsweise eine gleichbleibende Oberflächenreinheit
und damit Produktqualität
sicherzustellen. Ebenso ist es möglich,
die detektierte Fluoreszenz und damit die Identifikation der elementbelegten – oder bei
nicht detektierter Fluoreszenz die Identifikation der nicht belegten
Seite – durch
eine entsprechende farbige Anzeige-LED darzustellen.
-
Wie
Untersuchungen der Anmelderin gezeigt haben, wird die Intensität der Fluoreszenz
auch durch die Materialzusammensetzung der zu untersuchenden Oberfläche, im
Falle eines zu untersuchenden Glasproduktes durch die Materialzusammensetzung
und in gewissen Grenzen durch den Glasherstellprozess, beeinflusst.
Um derartige Einflüsse,
die in Einzelfällen
eine eindeutige Aussage über
die Orientierung des Glasproduktes bei der Messung unmöglich machen
können,
zu minimieren, ist nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung
der Erfindung vorgesehen, dass in den elektronischen Auswertemitteln
in Abhängigkeit
von der physikalischen und/oder chemischen Beschaffenheit der zu
untersuchenden Oberfläche
ein erster Schwellwert einstellbar ist, unterhalb dessen der elektrische
Signalwert eine nicht belegte Oberfläche repräsentiert. Bevorzugt sind die
Auswertemittel dabei derart ausgebildet, dass sie unmittelbar vor
der Messung eine einfache Eingabe eines beispielsweise auf Erfahrungswerten
des Bedieners basierenden Schwellwertes erlauben. In analoger Weise
kann vorgesehen sein, dass in den elektronischen Auswertemitteln
in Abhängigkeit
von der physikalischen und/oder chemischen Beschaffenheit der zu
untersuchenden Oberfläche
ein zweiter Schwellwert einstellbar ist, oberhalb dessen der elektrische
Signalwert eine elementbelegte Oberfläche repräsentiert.
-
In
einer anderen Betriebsweise des Messgeräts wird eine vergleichende
Messung beider Oberflächen,
insbesondere beider Glasoberflächen,
entweder durch zwei Sensoren oder zeitlich aufeinander folgende
Messungen durchgeführt.
-
Im
Falle einer Modulation des von der erfindungsgemäß eingesetzten UV-LED ausgestrahlten Anregungslichtes
ist nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung
vorgesehen, dass die elektronischen Auswertemittel wenigstens ein
Filter zur Abschwächung
der Frequenzen oberhalb und unterhalb der Modulationsfrequenz der
UV-Strahlung umfassen. Durch Einsatz derartiger Filter, beispielsweise
in Form eines Hochpassfilters und eines Tiefpassfilters und/oder
eines Bandpassfilters ist es problemlos möglich, Störeinflüsse anderer Frequenzen, insbesondere
von Oberschwingungen des zu analysierenden Signals derart abzuschwächen, dass
sie das Messergebnis nicht mehr nennenswert beeinflussen.
-
Ein
weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung
der Elementbelegung auf einer Oberfläche eines Glasproduktes, bei
der die Oberfläche
eines Glasproduktes mit einer das Element zur Fluoreszenz anregenden
Strahlung bestrahlt wird. Gemäß dem Verfahren
wird die Strahlung von einer UV-Strahlung emittierenden Leuchtdiode
emittiert und von einer Detektoreinheit zur Detektion der Fluoreszenzstrahlung
aufgenommen.
-
Im
Folgenden wird die Erfindung anhand einer ein Ausführungsbeispiel
darstellenden Zeichnung näher
erläutert.
Es zeigen:
-
1 eine
Vorrichtung zur Bestimmung der Zinnkontamination auf einer Oberfläche eines Glasproduktes
in einer ersten Konfiguration,
-
2 die
erfindungsgemäße Vorrichtung
in einer zu der Vorrichtung aus 1 alternativen
Konfiguration in schematischer Seitenansicht,
-
3 ein
Blockschaltbild der der Detektoreinheit nachgeschalteten Auswerteelektronik
und
-
4 ein
typisches Fluoreszenzspektrum der Zinnbadseite von Floatglas.
-
In 1 ist
eine Vorrichtung zur Bestimmung der Zinnkontamination auf einer
Oberfläche
G eines Glasproduktes, vorliegend auf einer Floatglasscheibe dargestellt.
Die Vorrichtung umfasst eine Strahlquelle 1 zur Erzeugung
von die Zinnatome auf der Glasoberfläche G zur Fluoreszenz anregender UV-Strahlung.
Erfindungsgemäß umfasst
die Strahlquelle 1 als strahlerzeugendes Element eine UV-Strahlung
U emittierende Leuchtdiode 1a (LED). Bevorzugt handelt
es sich um eine solche, die im UV C-Bereich, bevorzugt bei ca. 280
nm, emittiert, um die Quantenausbeute bei der Zinn-Fluoreszenz zu maximieren.
Zur Kollimierung der emittierten UV-Strahlung umfasst die Strahlquelle 1 ferner
eine Kollimationslinse 1b, welche einen annähernd parallelen
Strahlverlauf erzeugt, so dass auf der zu untersuchenden Glasoberfläche G unabhängig vom
jeweils gewählten
Abstand eine gleichmäßige Anregungsintensität vorliegt.
-
Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
umfasst weiterhin eine Detektoreinheit 2 zur Detektion
der von den auf der Glasoberfläche
G vorhandenen Zinnatomen isotrop emittierten Fluoreszenzstrahlung
F. Die Detektoreinheit 2 ihrerseits weist ein Detektorelement,
vorliegend ein Fotodiode 2a, auf, auf die die Fluoreszenzstrahlung
F mittels einer Fokussierlinse 2b fokussiert wird. In Propagationsrichtung
der Fluoreszenzstrahlung F vor der Fokussierlinse 2b ist
ferner ein optisches Filter 2c zur Ausfilterung von Umgebungslicht
angeordnet, um Störeinflüsse weiter
zu minimieren.
-
Wie
in 1 erkennbar, sind die Strahlquelle 1 und
die Detektoreinheit 2 relativ zueinander und zur Glasoberfläche G derart
ausgerichtet, dass das eingestrahlte UV-Licht U unter einem Winkel α > 0 (vorliegend ca.
35°) auf
die Glasoberfläche
G fällt
und an der Oberfläche
G unter demselben Winkel reflektiert wird. Der Detektor steht hingegen
im Wesentlichen lotrecht zur Glasoberfläche, so dass das Detektorelement 2a nicht
mit reflektierter UV-Strahlung U',
sondern ausschließlich
mit Fluoreszenzstrahlung F beaufschlagt wird.
-
Die
Vorrichtung gemäß 1 umfasst
ferner eine kombinierte Ansteuer- und Auswerteeinheit 3, welche
die Ansteuerelektronik (nicht im Einzelnen dargestellt) für die UV-LED 1a enthält. Die
Ansteuerelektronik umfasst einen Oszillator, welcher das ausgestrahlte
UV-Licht U mit einer Frequenz von vorliegend 1,5 kHz moduliert.
Die Ansteuer- und Auswerteeinheit 3 enthält ferner
eine Schaltung, welche das von der Fotodiode 2a in Abhängigkeit
von der Intensität
der eingestrahlten Fluoreszenzstrahlung F erzeugte Stromsignal in
eine proportionale Gleichspannung umwandelt, welche ihrerseits auf
Anzeigemitteln in Form einer Displayeinheit 4 als Zahlenwert ausgegeben
wird. Alternativ oder ergänzend
zur in 1 dargestellten Displayeinheit 4 können auch farbige
Anzeige-LEDs vorgesehen sein, welche signalisieren, ob die Zinnbadseite
(z. B. grüne
LED leuchtet auf) oder die zinnbadabgewandte Seite (z. B. rote LED
leuchtet auf) untersucht wurde. Auf der Ansteuer- und Auswerteeinheit 3 können ferner
Eingabemittel vorgesehen sein (nicht dargestellt), mittels derer
sich ein erster und ein zweiter Schwellwert einstellen lassen, um
beispielsweise die Materialzusammensetzung der jeweils untersuchten
Glassorte, die ihrerseits einen Einfluss auf die Intensität des Fluoreszenzsignals
hat, zu berücksichtigen.
-
In 2 ist
eine alternative Konfiguration von Strahlquelle 1' und Detektoreinheit 2' dargestellt. Hierbei
ist die Strahlquelle 1' unverändert oberhalb der
zu untersuchenden Glasoberfläche
G angeordnet und bestrahlt diese wiederum unter einem Einfallswinkel
von ca. 35°.
Die Detektoreinheit 2' ist
hingegen unterhalb des Floatglases angeordnet und nimmt die an der
der Strahlquelle 1' zugewandten Oberfläche erzeugte
und durch den Glaskörper transmittierte
Fluoreszenzstrahlung F' auf.
Der Vorteil ist hierbei, dass keine störende Anregungsstrahlung U' auf das Detektorelement 1a' fallen kann,
da diese im Glas vollständig
absorbiert wird.
-
In 3 ist
nun ein Blockschaltbild der der Detektoreinheit 2 nachgeschalteten
Auswerteelektronik dargestellt. Die von der erfindungsgemäß verwendeten
UV-LED erzeugte UV-Strahlung wird, wie bereits erwähnt, mittels
eines Oszillators mit einer Frequenz von 1,5 kHz moduliert. Das
auf der Glasoberfläche
G erzeugte Fluoreszenzlicht wird von der in der Detektoreinheit 2 vorhandenen
Fotodiode 2a als Detektorelement in ein Stromsignal umgewandelt, welches
an die Auswerteeinheit 3 weitergegeben wird. Dort durchläuft es als
an einem ohmschen Widerstand abgegriffenes Spannungssignal mehrere Hochpass-
und Tiefpassfilter, welche summarisch durch Block 3a symbolisiert
werden. Ferner wird das Signal in mehreren Verstärkerstufen, zusammengefasst
in dem Block 3b, verstärkt.
Weiter durchläuft das
Signal einen Bandpassfilter 3c mit einer Mittenfrequenz
von 1,5 kHz, also der Modulationsfrequenz des Anregungssignals U
und des Fluoreszenzsignals F. Schließlich wird das 1,5 kHz-Spannungssignal in einem
Gleichrichter gleichgerichtet und an das Displayeinheit (DVM) ausgegeben.
-
Mit
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
wird ein kompaktes und infolge des geringen Energieverbrauchs der
erfindungsgemäß eingesetzten
UV-LED autark betreibbares, robustes Messgerät geschaffen, welches zuverlässige und
reproduzierbare Ergebnisse bei der Bestimmung der Elementbelegung
auf einer Oberfläche
ermöglicht.
Als besonders vorteilhaft erweist sich die Verwendung zur Bestimmung
der Zinnkontamination auf Floatglas.