DE3702449A1 - Vorrichtung zum regeln der uv-strahlung, die auf einen gegenstand trifft - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Aufrecht­ erhaltung konstanter Energie in einem Ultraviolett- Härtungsofen.

Herkömmliche Ultraviolett-Härtungsöfen bestehen üblicher­ weise aus einer bis vier linearen Quecksilberlampen in einer Haube. Diese Lampen erzeugen Strahlung verschiede­ ner Wellenlängen, einschließlich Ultraviolett (UV), sichtbare und Infrarot (IR) Strahlung. Gegenstände, die der Strahlungsenergie ausgesetzt werden sollen, werden unter der Lampe oder den Lampen mit einem Förderer ver­ änderbarer Geschwindigkeit transportiert. Die Strahlungs­ energiemenge, die auf das Werkstück auftrifft, wird durch die Zeitdauer, die das Werkstück unter der oder den Lampen verbringt, beeinflußt. Je langsamer sich der Förderer be­ wegt, um so länger ist die Zeit, die das Werkstück der Strahlung ausgesetzt ist und um so größer ist die Energie­ menge, die es aufnimmt. Umgekehrt, je langsamer sich der Förderer bewegt, um so kleiner ist die Menge Strahlungs­ energie, die auf das Werkstück auftrifft.

Zufriedenstellende Bestrahlungshärtung konnte bisher nur experimentell erhalten werden, indem eine Anzahl von Probe­ werkstücken durch den Härtungsofen bei variierenden För­ dergeschwindigkeiten hindurchgeführt wurden, bis zufrie­ denstellende Ergebnisse erhalten wurden. Der Förderer wurde dann bei der Geschwindigkeit betrieben, bei der optimale Ergebnisse erhalten worden sind. Die Folge da­ von ist, daß bei diesem System eine große Anzahl un­ brauchbarer Gegenstände und Ausschuß anfällt, und eine lange Betriebszeit erforderlich ist.

Mit dem Vorgehen nach dem Stand der Technik sind auch mehrere andere Probleme verbunden. Selbst bei konstan­ ter Fördergeschwindigkeit kann sich die Energiemenge, die auf die Werkstücke auftrifft ändern, da die Lampenausgangs­ leistung mit Faktoren wie Netzspannung, Lampenalter und Lampentemperatur schwankt. Lampenreflektor- und Ballast- Charakteristiken ändern sich auch mit dem Alter. Diese Faktoren können zusammenkommen, um die Menge Strahlungs­ energie, die auf ein Werkstück auftrifft, zu verändern, selbst innerhalb eines einzigen Bearbeitungsdurchgangs. Wegen möglicher Schwankungen muß die Person, die den Här­ tungsofen bedient, durchgehend die Produktion des Verfah­ rens überwachen, um unakzeptable Härtung festzustellen und zu korrigieren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Regelung der Menge Ultraviolett-Strahlungsenergie, die in einem Ultraviolett-Härtungsofen auf die Werkstücke auf­ trifft, zu schaffen. Die Aufgabe wird durch die Vorrichtung des Anspruches 1 sowie die Vorrichtung des Anspruches 15 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unter­ ansprüchen angegeben.

Die Vorrichtung enthält eine Ultraviolett-Strahlungs­ quelle, welche einen Härtungs-(Trocknungs-, Vulkanisier­ oder Imprägnier-)Bereich bestrahlt. Ein Förderer verän­ derbarer Geschwindigkeit transportiert die zu bestrahlen­ den Gegenstände oder Werkstücke durch den Härtungsbereich. Ein Detektor mißt die Dichte der Ultraviolett-Strahlung an mindestens einem Punkt innerhalb des Härtungsbereiches und erzeugt ein erstes Kontrollsignal, welches der Dichte entspricht. Die Vorrichtung enthält auch einen Komparator zum Vergleichen des ersten Kontrollsignals mit einem Bezugs­ signal und erzeugt ein zweites Kontrollsignal, welches pro­ portional dem Verhältnis von dem ersten Kontrollsignal zu dem Bezugssignal ist. Ein Regler für den Förderer regelt dann die Geschwindigkeit des Förderers, ansprechend auf das zweite Kontrollsignal, um die Zeitdauer, die in dem Bestrahlungsbereich verbracht wird, und somit die Menge Ultraviolett-Strahlungsenergie, die auf das Werkstück auf­ trifft, zu regeln.

Es folgt nun eine genauere Beschreibung der Erfindung an bevorzugten Ausführungsformen, wobei auf die Figur Bezug genommen wird. Die Figur zeigt ein Funktionsblock­ diagramm der Erfindung.

Ein Ultraviolett(UV)-Härtungsofen 10 ist allgemein dar­ gestellt. Der Offen 10 enthält eine oder mehrere UV-Lampen 12, die in einer Haube 14 angeordnet sind, deren Umriß in weggebrochener Form gezeigt ist. Die Lampen 12 sind üblicherweise lineare Mitteldruck-Quecksilberdampflampen, die die Strahlung in dem Ofen 10 liefern. Jede der Lam­ pen 12 bestrahlt einen Härtungsbereich in dem Ofen 10. Die Beleuchtungsdichte ist allgemein über die Breite der Haube 14 konstant.

Ein Werkstück 16 wird mittels eines Förderers 18 in den Ofen 10 und unter den Lampen 12 hindurch transportiert. Der Förderer 18 wird durch einen Motor 20 getrieben. In der gezeigten Ausführungsform ist der Motor 20 ein Gleich­ strommotor. In dem Bereich gleichförmiger Strahlungsenergie ist ein oder sind mehrere optische Detektoren 22 angeordnet. Jeder Detektor 22 erzeugt ein Ausgangssignal oder Signale, das oder die für die Intensität der Strahlung, die auf den Detektor 22 auftrifft, kennzeichnend ist. Obwohl in der Figur nicht gezeigt, ist es manchmal zweckmäßig, optische Filter zu verwenden, die nur Energie von UV-Wellenlängen zum Detektor 22 durchlassen, während alle anderen Wellen­ längen blockiert werden. Die Verwendung von Filtern, die die Messung von Energie eliminieren, welche für die Här­ tung nicht gebraucht wird, gibt eine genauere Ablesung der Härtungsintensität der Strahlung der Lampen.

Wenn mehr als ein optischer Detektor 22 verwendet wird, werden die Ausgangssignale der Detektoren in einem Summie­ rer 24 addiert, welcher ein Summensignal erzeugt. In der gezeigten Ausführungsform ist der Summierer 24 ein Funk­ tionsverstärker-Summierer. Das Summensignal wird einem elektronischen Teiler 26 eingespeist, um als der Zähler verwendet zu werden. Wenn nur ein Photodetektor 22 ver­ wendet wird, ist selbstverständlich kein Summierer 24 er­ forderlich, dann geht der Ausgang des Photodetektors 22 direkt in den Teiler 26.

Ein Nenner-Eingang für den elektronischen Teiler 26 wird von einem Spannungsteiler 28 abgeleitet, der von der Bedienungsperson eingestellt werden kann. Der Ausgang des Spannungsteilers 28 stellt einen ausgewählten Wert für die Joules-Härtungsstrahlungsenergie dar, welche vor­ handen sind, um das Werkstück 16 zu bestrahlen. Einstel­ lung des Spannungsteilers 28 auf eine niedrige Spannung bringt Null Joules. Ansteigende Ausgangsleistung des Spannungsteilers 28 erzeugt eine größere Menge von UV- Härtungsenergie. ("Härtung" kann hierin auch bedeuten Trocknung, Vulkanisierung, Imprägnierung und dergleichen). Der elektronische Teiler 26 erzeugt ein zweites Kontroll­ oder Ausgangssignal, welches dazu verwendet wird, einen Motorgeschwindigkeitsregler 30 zu treiben. Der Motorge­ schwindigkeitsregler 30 regelt dann den Motor 20, um den Förderer 18 mit einer Geschwindigkeit zu treiben, die die Härtungsstrahlungsenergie auf dem von der Bedienungsperson ausgewählten Wert hält. Bei durchgehender Überwachung der Ausgangsleistung der Lampen 12 mit den Detektoren 22 und entsprechender automatischer Einstellung der Fördergeschwin­ digkeit kann die Menge Strahlungsenergie, die auf die Werk­ stücke 16 trifft, genau aufrechterhalten werden.

Die Erfindung hat auch mehrere Merkmale, die dazu bestimmt sind, als Aussteuerungsgrenzen für die Vorrichtung zu die­ nen. So kann z.B. eine erste Alarmschaltung, bestehend aus einem Komparator 32, verwendet werden, um den Ausgang der optischen Detektoren 22 mit einer ersten bekannten oder Bezugsschwellenspannung zu vergleichen. Obwohl nur ein Komparator 32 in der Figur gezeigt ist, werden optimale Ergebnisse erhalten, wenn für jede der Lampen in dem Ofen 10 ein Komparator 32 verwendet wird. Der Komparator 32 ist mit einer ersten Bezugsspannung vorgespannt, so daß, wenn die Ausgangsleistung der Lampen unter den Bezugswert fällt, der Komparator schaltet und eine Leuchtdiode (LED) 34 beleuchtet, um der Bedienungsperson anzuzeigen, daß die Lampenleistung unter den akzeptablen Härtungs­ schwellenwert gefallen ist. Diese Anzeige kann zur Er­ mittlung, wann ein Auswechseln der Lampen 12 notwendig ist, ebenso wie als Fehlfunktionsindikator benutzt werden.

Eine zweite Alarmschaltung verwendet einen zweiten Kom­ parator 36, um den Ausgang des Teilers 26 zu überwachen. Der Komparator 36 besteht tatsächlich aus zwei Spannungs­ komparatoren, von denen der eine niedrig und der andere hoch vorgespannt ist entsprechend der kleinsten und der größten Geschwindigkeit des Motors 20. Wenn ein Teiler­ ausgang auftritt, der den dynamischen Bereich des Motors 20 überschreitet, wird eine zweite LED 38 beleuchtet, um eine unzulässige Einstellung anzuzeigen. Eine solche unzulässige Einstellung kann auftreten, wenn der Ausgang des Teilers 26 entweder schwächer oder stärker ist als der Förderer 18 geradlinig arbeiten kann. Diese Anzeige ermöglicht es der Bedienungsperson, Einstellungen an dem Ofenbetrieb vorzu­ nehmen, z.B. die Zahl der verwendeten Lampen herabzusetzen oder zu erhöhen, die Lampen auf eine höhere oder niedrige Spannung zu schalten oder andere mögliche Änderungen vor­ zunehmen.

Obwohl die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen beschrieben worden ist, erkennt der Fachmann, daß noch Än­ derungen daran vorgenommen werden können, die im Rahmen der Erfindung liegen.

Claims (20)

1. Härtungskontrollvorrichtung zum Regeln der Menge Ultraviolett-Strahlung, die auf einen Gegenstand trifft, gekennzeichnet durch eine Ultraviolett- Strahlungsquelle (12) zum Bestrahlen eines Härtungs­ bereiches mit Ultraviolett-Strahlung; einen Förderer (18) zum Transportieren des Gegenstandes durch den Härtungsbereich, wobei der Förderer (18) mit verän­ derbarer Geschwindigkeit treibbar ist; einen Detek­ tor (22) zum Messen der Dichte der Ultraviolett-Strah­ lung an mindestens einem Punkt in dem Härtungsbereich und Erzeugen eines ersten Kontrollsignals, das dafür bezeichnend ist; einen Komparator (32) zum Vergleichen des ersten Kontrollsignals mit einem Bezugssignal und Erzeugen eines zweiten Kontrollsignals, das proportional dem Verhältnis von dem ersten Kontrollsignal zu dem Be­ zugssignal ist; und einen Regler (30) zum Regulieren der Geschwindigkeit des Förderers (18) der auf das zweite Kontrollsignal anspricht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultraviolett-Strahlungsquelle (12) mindestens eine Quecksilberdampflampe ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultraviolett-Strahlungsquelle (12) eine Viel­ zahl von Quecksilberdampflampen ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Motor (30) zum Antreiben des Förderers (18).

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor (22) ein Silicium-Photodetektor ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor (22) zu­ sätzlich ein optisches Filter enthält, welches der Ultraviolett-Strahlung gestattet, zum Detektor hin­ durchzugehen, während es Strahlung anderer Wellenlän­ gen blockiert.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich einen ersten Alarmkreis enthält zum Erzeugen eines ersten Alarmsignals, wenn das erste Kontrollsignal unter einem ersten vorbestimmten Wert liegt.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich einen zweiten Alarmkreis enthält zum Erzeugen eines zweiten Alarmsignals, wenn das zweite Kontrollsignal außerhalb eines akzeptablen Wertbereiches liegt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der akzeptable Wertbereich dem dynamischen Bereich des Reglers (30) der Geschwindigkeit des Förderers (18) entspricht.

10. Vorrichtung nach irgendeinem der vorhergehenden An­ sprüche, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von Detek­ toren (22), von denen jeder ein induviduelles Kontroll­ signal erzeugt, das die Energiedichte anzeigt, die von der UV-Strahlungsquelle an einem Punkt in dem Härtungs­ bereich empfangen wird; und einen Summierer (24) zum Addieren der einzelnen Kontrollsignale und Erzeugen des ersten Kontrollsignals.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoren (22) Silicium-Photodetektoren sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jeder der Detektoren (22) zusätzlich ein optisches Filter enthält, welches der Ultraviolett- Strahlung gestattet, zum Detektor hindurchzugehen, wäh­ rend es Strahlung anderer Wellenlängen blockiert.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die UV-Strahlungsquelle (12) eine Vielzahl von Quecksilberdampflampen ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, ge­ kennzeichnet durch einen dritten Alarmkreis zum Er­ zeugen eines dritten Alarmsignals, wenn eine oder meh­ rere der einzelnen Kontrollsignale unter einem dritten bekannten Wert liegt.

15. Vorrichtung zum Regeln der Menge Ultraviolett-Strahlung, die auf einen Gegenstand trifft, gekennzeichnet durch eine Ultraviolett-Strahlungsquelle (12) zum Bestrahlen eines Härtungsbereiches mit Ultraviolett-Strahlen; einem Förderer (18) zum Transportieren des Gegenstan­ des durch den Härtungsbereich, wobei der Förderer (18) mit unterschiedlicher Geschwindigkeit treibbar ist; einen Detektor (22) zum Messen der Dichte der Ultra­ violett-Strahlung an mindestens einem Punkt in dem Härtungsbereich der Strahlung und Erzeugen eines ersten Kontrollsignals, das dafür bezeichnend ist; ein Eingabe­ gerät zum Empfangen eines vom Benutzer ausgewählten Wer­ tes, der der gewünschten Menge Strahlung entspricht und welches diesen Wert in ein Bezugssignal umwandelt; einen Komparator (32) zum Vergleichen des ersten Kontrollsig­ nals mit dem Bezugssignal und Erzeugen eines zweiten Kontrollsignals, das dem Verhältnis von dem ersten Kon­ trollsignal zu dem Bezugssignal proportional ist; und einem Regler (30) zum Regeln der Geschwindigkeit des Förderers (18), der auf das zweite Kontrollsignal an­ spricht.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultraviolett-Strahlungsquelle aus einer Viel­ zahl von Quecksilberdampflampen besteht.

17. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Eingabegerät ein schaltbarer Span­ nungsteiler (26) ist.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, da­ durch gekennzeichnet, daß die Detektoren (22) Silicium- Photodetektoren sind.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 18, da­ durch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich einen ersten Alarmkreis enthält zum Erzeugen eines ersten Alarm­ signals, wenn das erste Kontrollsignal unter einem ersten vorbestimmten bekannten Wert liegt.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 19, da­ durch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich einen zwei­ ten Alarmkreis enthält zum Erzeugen eines zweiten Alarmsignals, wenn das zweite Kontrollsignal außerhalb eines akzeptablen Wertbereiches liegt.