JP6716589B2 - Ｕｖ硬化のためのプロセス監視 - Google Patents

Description

本発明は、部品上のＵＶ硬化性ラッカーのための新しいその場（in-situ）プロセス監視装置に関する。

部品上でＵＶに感受性のあるラッカー膜を硬化させる間に、ラッカーに特有のＵＶ量は、ラッカーの表面上に降り注ぐＵＶ光強度の生成物として、および照射時間の生成物として超過されなければならない。これにより、粘性のある液状ラッカーの膜の完全な反応（重合）が起こり、固体表面のコーティングを形成する。不完全な硬化の場合、硬度および引っかき抵抗性などのラッカーコーティングの要求される機械的特性は達成されない。同様に粘着強度またはその他の特性は、不完全な重合のために達成されないか、不完全にしか達成されない。このような部品上のラッカーコーティングの工業用途において、コストおよび生産プロセスのために、これらの特徴を個々のサンプルにのみ確認することが可能となる。不十分な硬化の場合、最後のテストの日以降に製造された少なくとも相当数の部品が品質の欠陥を有し得、したがって不良品として失われることが想定されなければならない。

このため、遅延なく部品の品質を確保するために、生産プロセスに組み込まれたテストまたは監視装置を有すること、および表面層としてＵＶ曝露された膜の特性を測定するための方法を有することは、工業的な用途において非常に望ましい。信号を測定することによってＵＶ曝露中にラッカー膜の連続的な硬化プロセスを追跡することができるという可能性は、監視装置および監視方法にとってさらにいっそう望ましい。このような監視によって、硬化プロセスは制御されることができ、最も単純な場合では硬化時間は制御された方法で調整されることができる。したがって、硬化時間は、制御された方法で、完全な硬化のために必要なだけ短く保たれることができる。このようにして、硬化工程のための一定の品質によって、最高の可能な生産性を達成することが可能である。一定の硬化時間での曝露の場合は、プロセスの安全性の理由から、プロセス中のばらつきの事象においてあらゆる場合で完全な硬化を確保するために、硬化時間は最低限度よりも長く保つことが必要である。硬化状態の監視のさらなる形態において、他のプロセスパラメータもまた、たとえばＵＶ光源の力または部品がＵＶ曝露領域を通って動かされる速さといった制御技術によって影響され得る。このようにして、完全な硬化のための最小のプロセス時間は達成され、したがって生産性は最大となる。

このようなプロセス監視では、達成されるべきである硬化されたラッカー膜の主に機械的特性を直接測定することは通常不可能である。これは、機械的特性の測定が主に非接触の方法で行なわれるべきであるためである。このような方法では関連する特性のみが測定され、必要な特性が適合されているという確実性で推測することを可能にする。硬化の程度を決定するための一般的な方法は、光学分光法であり、ラッカー膜上の入射光の反射（または透過）の変化がスペクトル分解能測定装置を用いて分析される。これらのスペクトルの変化は、異なる波長範囲において光沢塗装膜に特有である。ＵＶ範囲の例は、ドイツのＭｉｃｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｓ有限会社からの冊子（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｍｉｃｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｓ．ｃｏｍ／ｔｅｃｈｎｉｃａｌ＿ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ／ｅｘｐｏｓｕｒｅ＿ｐｈｏｔｏｒｅｓｉｓｔ．ｐｄｆ）に記載され、赤外線範囲については、ＢＬ Ｇｒｕｎｄｅｎによって論文「近赤外線、蛍光およびＵＶ／可視光線反射分光学を用いた不飽和ポリエステル樹脂の硬化特性評価」（論文９９２４３０１、コネティカット大学、１９９９）にそれぞれ開示される。

好適な測定装置は、通常、格子分光計またはフーリエ変換分光計または適合された光学フィルタ部品との組み合わせの光センサである。フーリエ変換分光計は、Ｓｃｈｅｒｚｅｒ、ＭｅｈｎｅｒｔおよびＬｕｃｈｔによる「近赤外反射分光法によるＵＶ光重合におけるアクリレート転位のオンライン監視」（Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ２０５巻、１５１−１６２ページ、２００４）で説明される。ラッカー膜の硬化の間、スペクトルはある領域で変化する。これらの変化は、硬化の程度のための定量測定として用いられる。

このようなプロセス監視は、ランダムな品質保証に完全に置き換えることはできない。しかしながら、分光特性をランダムなサンプルから技術的に関連のあるラッカー特性と比較することによって一致させることができ、したがって、分光データはラッカー膜の品質の連続的な監視のために用いられ、上記で述べられたような拡張された形態においてプロセスを制御するために機能することができる。

部品上の表面コーティングの特性は、通常コーティングを破壊する機械的特性をテストする直接法を用いて、または経験に基づき重要な特性に直接関連する他の特性を測定する非破壊法も用いて、製造プロセス外でランダムにテストされる。

非破壊法においては特に光学法が知られ、ドイツのＭｉｃｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｓ有限会社からの冊子に詳細に説明される（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｍｉｃｒｏｃｈｅｍｔｃａｌｓ．ｃｏｍ／ｔｅｃｈｎｉｃａｌＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ／ｅｘｐｏｓｕｒｅ＿ｐｈｏｔｏｒｅｓｉｓｔ．ｐｄｆ）。ＵＶラッカー膜が硬化されるとき、ポリマー鎖が粘性流体ラッカーのモノマー／オリゴマーから形成される重合反応が起こる。これは、ラッカー膜の光学特性の変化をも生じさせる構造変化を伴う。ＵＶで誘発された硬化の場合、ＵＶ光波長の一部は波長の作用として吸収される。この吸収作用は、硬化の程度で変化し、分光計を用いて波長依存反射作用（反射スペクトル）の変化として検出されることができる。ＵＶ範囲の例は、ドイツのＭｉｃｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｓ有限会社からの冊子（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｍｉｃｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｓ．ｃｏｍ／ｔｅｃｈｎｉｃａｌ＿ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ／ｅｘｐｏｓｕｒｅ＿ｐｈｏｔｏｒｅｓｉｓｔ．ｐｄｆ）において説明され、赤外範囲としては、ＢＬ Ｇｒｕｎｄｅｎによる論文「近赤外、蛍光およびＵＶ／可視反射分光法を用いた不飽和ポリエステル樹脂の硬化特性」（９９２４３０１、コネティカット大学、１９９９）において、それぞれ説明される。セル検出器を有するＵＶ分光計は、２３０〜４００ｎｍの全ＵＶ波長範囲のこれらの反射スペクトルが１０ミリ秒未満まで測定されることができるため、この目的に特に好適である。

同様の構造を有する分光器であるが、８００〜１７００ｎｍの近赤外範囲（ＮＩＲ）用のアレイ検出器が今日利用可能であり、類似の読み出しデータで操作されることができる。したがって、硬化プロセス中のＮＩＲ領域におけるスペクトルの反射作用の変化は、Ｓｃｈｅｒｚｅｒ、ＭｅｈｎｅｒおよびＬｕｃｈｔによる「近赤外反射分光法によるＵＶ光重合におけるアクリレート転位のオンライン監視」（Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ ２０５巻、１５１〜１６２頁、２００４）で説明されるように、ＵＶ曝露と同時に監視されることができる。

赤外範囲ＩＲ（１５００〜２００００ｎｍ）では、粘性ラッカーの硬化されたコーティングへの転換に伴い励起帯が変化する。これは赤外反射スペクトルの変化として示される。特定の波幅帯において、十分に測定可能な変化が起こり、それによってラッカー膜の硬化状態が決定されることができる。ＬｏｗｒｙおよびＷｅｅｓｎｅｒ（ＵＶ硬化性な光学接着剤を特徴付けるためのリアルタイムＦＴ−ＩＲの使用、Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ、２６巻、８号、４０−４６頁、２０１１）を参照。今日、赤外スペクトルは、ほぼもっぱらフーリエ変換赤外分光計（ＦＴＩＲ）を用いて測定される。

特定の用途のためには、反射のスペクトル変化は、一つ以上の好適な光学フィルタおよび単純な光学強度センサを用いて検出されることもできる。しかし、フィルタは用途およびラッカー膜の光偏向のスペクトル特性に特有に適合されなければならない。工業用途のためには、このシンプルかつ特有に適用可能な解決策は、広帯域な分光計の代わりに、より経済的かつロバストな解決策として理に適う。

以下の問題点は特に従来技術に起因する。
監視装置がなければ、品質の問題の遅れた認識のみが、製造された部品上ランダムなサンプル測定によって達成されることができるのみである。

さらに、要求された曝露量に確実に達するためには、長時間の曝露時間が求められる。
加えて、脆化を引き起こし得るラッカー膜の過剰曝露のリスクもある。

現在までは、プロセス動向の早期検出は存在しないか、遅れた早期検出のみしかなく、これが深刻な品質の問題を引き起こし得る。

本発明によれば、ラッカーを硬化させるために用いられる放射線源は、硬化の程度の測定のための信号源として同時に用いられる。とりわけこれは光反射表面の向きが付随する役割を果たし、光は常に検出器に到達するという利点を有する。基板が回転するスピンドル上に搭載されるときこれは特に有利である。

特に好ましい実施形態によると、硬化層は区分されたミラーを介して基板上に案内され、元の方向に沿って連続的に現れるが、基板によって反射される放射線に沿った投影において開口部とともに現れる。開口部とは、たとえば、一つの穴もしくは複数の穴、一つの隙間もしくは複数の隙間、または、一つ以上の隙間および／または一つ以上の穴の組み合わせを意味する。切り込みも可能である。

本明細書では以下、本発明は詳細に図面に基づいた例によって補完される。

部品上のＵＶ硬化性ラッカー膜の硬化状態の自動検出の概略図である。 センサが部品の位置を検出し、トリガー信号２０９が一連の所定の連続的な位置に個々のスペクトル像を作る、ＵＶ硬化性ラッカー膜の硬化状態の自動検出のための駆動部品の同期化の概略図である。 回転するスピンドル形状のホルダ上の配置を有する、部品上のＵＶ硬化性ラッカー膜の硬化状態の自動検出の概略図である。 ダイクロイックミラー４１１を用いて部品上のＵＶ硬化性ラッカー膜の硬化状態を検出するための、その場プロセス監視装置の概略図である。 部品上のＵＶ硬化性ラッカー膜の硬化状態を検出するためのその場プロセス監視装置の概略図であって、硬化がダイクロイックミラー５１１上の反射によるＵＶ曝露によって生じ、ミラー５１３の穴が部品表面によって反射されるＩＲ放射線５２７の一部を分光計５０３に通すことを示す概略図である。 部品上のＵＶ硬化性ラッカー膜の硬化状態の検出のためのその場プロセス監視装置の概略図であって、区分されたミラー素子６３１，６３２が、反射によるＵＶ曝露を最適化し、「その場」測定のために分光計６０３の入射窓上に照射する測定信号６２７の割合を増加させることによってスペクトルの信号の質の向上を確保することを示す概略図である。 図６との比較におけるさらなる例示のミラー配置における、部品上のＵＶ硬化性ラッカーコーティングの硬化状態の検出のための、その場プロセス監視装置の概略図である。 区分されたミラーが、放射線源の元の方向に沿った投影に現れるが、基板によって反射される放射線に沿った投影に開口部とともに現れる、本発明によるミラー配置の概略図である。 異なる傾斜を有する複数の区分されたミラーを示す、その場プロセス監視装置の概略図である。

このような発明に係る部品上のＵＶ硬化性ラッカー膜の硬化の程度の自動検出は、図１に概略的に示される。部品は、ＵＶ光源１０１の光線の中に順次移動される。ここで、部品は、ラッカー膜が硬化のためにＵＶ光に曝される一定の期間にわたり留まる。ＵＶ源によって放出された放射線の一部は、ラッカー膜の表面で反射され、好適に配置された波長選択光センサアレイ（分光計）１０３で検出されることができる。高い強度のＵＶ源は、ガス放電ランプに基づく。ガス放電ランプのプラズマは、ＵＶ光を放出するだけでなく、少なくとも同等に強い可視光および赤外放射線も放出する。このため、ＵＶ光源は分析されるべき反射光のための光源と同時に働き、分光計に用いられる光源は、光線を測定するためには通常用いられる必要がない。

曝露時間間隔の間は、複数のスペクトル（少なくとも２つ）が測定され、監視ユニット１０５に与えられる。監視ユニット１０５は、自動的にスペクトルを比較し、スペクトル変化から好適なアルゴリズムによってこれらのスペクトルデータから硬化の程度を算出する。一定の、所定の硬化の程度に達すると、次の部品への切り替えを行なう部品の供給装置１０７を駆動するための信号が送られる。

動かない部品で行なわれるこの硬化によれば、硬化は通常あまり均質ではない。これは、部品表面の照射が従来のＵＶ源では不均一であるためである。従来のＵＶ源は、部品の移動の方向に対して垂直な方向に延在し、特にＵＶ源の照射範囲または照射長の程度よりもはるかに大きな長さを有する部品を用いる。

したがって実質的に優れた均一性が得られるためには、照射領域を通して部品を連続的に移動させることが有利となる。この連続的な移動の間に反射スペクトルが監視ユニット２０３で同時に記録される場合、この記録サイクルは部品の移動と同期されなければならない。これはすべての連続的に曝露された部品に同じように反射作用が測定されることを可能にする。図２は、センサを有する部品の位置を測定し、一連の所定の連続的な位置の個々のスペクトル記録のためのトリガー信号２０９を発生させることによる、このような移動との同期を概略的に示す。

反射強度は表面形状が原因で部品の移動とともに連続的に変化し得るため、記録速度は部品が照射領域を通ってＵＶ源を通過する速度よりも速くなければならない。この検出強度の変化は、スペクトルの記録中および連続的なスペクトルからの両方に強度の調節をもたらす。硬化の程度の検出のためのスペクトルの比較のために、スペクトルデータを強度スペクトルとして直接比較するのではなく、絶対強度への直接依存が抑制される数学的に変換された形態であることは好都合である。可能な形態は、波長λ、△Ｌｎ［Ｉ（λ）］／△λによる対数強度Ｌｎ［Ｉ（λ）］または強度スペクトルＩ（λ）の対数微分係数である。ここで、Ｌｎは自然対数関数を意味する。スペクトルＬｎ［Ｉ（λ）］が絶対強度の変化に伴う量によってシフトする一方、スペクトル△Ｌｎ［Ｉ（λ）]／△λは信号が基本的に同じ状態を保つ各波長で現在の強度にかかわらない特性を有する。これは、微分係数に関する差△Ｌｎ［Ｉ（λ）］／△λはスペクトルＬｎ［Ｉ（λ）］のシフトも相殺するからである。他の方法もスペクトルの比較のために用いられることができる。たとえば、測定されたスペクトルが好適なモデルにより計算される所定のスペクトルと比較する、数値適合アルゴリズムである。これらの適合アルゴリズムは、スペクトルの比較アルゴリズムにおける追加自由度として扱われる、数値最適化パラメータとして、波長依存倍率を含むことができる。

検出器アレイセンサを有するＵＶ−ＶＩＳ−ＮＩＲ格子分光計の場合、約１０〜１００スペクトル毎秒の速度が達成されることができる。すなわち、複数のスペクトルがラッカー、ＵＶ源、幾何学配置に依存して、通常１〜１００秒の曝露の間、各場合において測定される。そのため、特定の波長領域における反射信号の一時的な変化からの段階的な硬化が検出される。

フーリエ変換分光計の場合、赤外範囲において用いられるときには１〜１００毎秒のスペクトル速度が高速スキャニング機器で達成されることができる。変化が見える通常のスペクトル領域はそれほど狭くはない（通常、１００ｃｍ^−１）ため、より低い干渉計位相スキャン範囲で低分解能モードにおいて機能することができる（最も単純な場合、干渉計のミラーの直線運動）。これにより、スキャン速さは増加されることができる。これは、スキャニングスピードがこの運動可能な要素の慣性（最も単純な場合、ミラーの直線運動）によって干渉計の一部の運動の機構によって制限されるためである。

単純な強度センサとともに個別の光学フィルタによってスペクトル変化を検出する場合、複数の波長範囲は、増加する硬化に起因して、反射におけるスペクトル変化を検出するために同時に測定されなければならない。強度センサは、通常、アレイセンサよりもはるかに高い範囲の信号力学を有する。したがって、強度センサは、この用途において信号取得の再現率の実際の限界をほとんど有さず、完全硬化のための最短の曝露時間は上記で述べたように１から１〜１００秒の範囲における実際の用途における関連する時間を制限するものである。

部品の曝露における高い生産性を達成するために、２００〜４００ｎｍの波長λを有する全ＵＶ範囲にわたる強度分布を有する主として高強度のＵＶ源が用いられる。このようなＵＶ源は通常、ランプ前の照射領域へのＵＶ光を束にする光学反射要素との組み合わせで、ＵＶ光を放出するプラズマが電気的に活性化される高性能金属ハライドランプから構成される。表面がＵＶラッカーを有する曝露されるための部品は、曝露のための照射のこの領域に運ばれる。これらのＵＶ源は、特定のチューブ状のランプおよび対応する形状の細長いミラー素子を有する直線状の源として設計されるか、それらが点状のランプおよびそれに対する好適な反射体をそれぞれ有する、一連の並置されるＵＶ源からなるかのいずれであってもよい。所望のＵＶ光（＜２０％）に加えて、これらの金属ハライドランプは非常に強い可視放射線（−１０％）および赤外放射線（＞７０％）をも放出する。この非常に強い赤外放射線は部品の加熱の原因となる。プラスチック材料が＜１００℃の最高温度を許容するプラスチック部品の場合、部品が臨界的な相変化温度以下でとどまるように時間にわたって必要なＵＶ量が照射されるように曝露が行なわれる。

曝露の間の高熱の問題は以下のように避けることができる。一方では、部品は高い強度の領域の中に循環されることによってＵＶ放射線に連続的に曝されない。これにより、部品は、部品が曝露範囲の外である時間において周期的に冷却されることができる。部品のこのサイクル移動は、スピンドル形状のホルダ上に部品を配置し、それ自身の軸周りにこのホルダを回転させることによって、主に達成される（図３）。

もちろん、スピンドル上の部品の配置は、照射領域を通って循環的に部品を移動させるための唯一の手段ではなく、回転するディスク、または直線移送システム上の部品の活発な直線循環前方向運動および後方向運動の配置を有し、実質的に同様のことを達成することができる。他方で、ＵＶ光は、好適にコーティングされたダイクロイックミラー素子４１１によって選択的に反射されることができる。ダイクロイックミラー素子４１１は、ＵＶ源と照射領域との間に配置される。可視光および赤外光４２５はミラー素子における選択的透過によって照射領域から隔離される（図４）。

このようなダイクロイックミラー素子を用いることで、同時にＵＶ放射線４２１が照射の領域内に効率的に検出される一方、可視放射線および赤外放射線は通常、８０％以上に抑制される。この減衰があっても、多量のＩＲ光４２３が依然として照射領域に入り込む。しかしながら、照射領域におけるすべての光の相対特性は、通常依然として３０〜５０％である。

関連する赤外範囲における反射スペクトルの監視のために、この光がラッカー層の反射の程度を決定するための光源として働く。

内部ＩＲ源が取り付けられるＩＲ分光計の従来の用途とは対照的に、これは本明細書に示される監視用途に使用されず、むしろ直接的にＵＶランプによって放出されるＩＲ光４２７に用いられる。

回転スピンドル上の部品の配置によって、スピンドル全体の同時移動を原因として、上述のような段階的な運動が、機械慣性に起因して、監視システムを有する反射された光のスペクトル検出のために技術的により求められる。連続的な回転運動ははるかに単純である。分光計の測定サイクルの間、スピンドル上の部品の周辺の速さが、部品がほんのわずかに（それら自体の大きさと比べて）動くように十分に遅ければ、検出されたスペクトルは静的に測定されたスペクトルからほんのわずかしか違わないとみなされることができる。スペクトルの通常の記録時間は、格子分光計または数ミリ秒〜数１０ミリ秒の範囲における迅速スキャニングＦＴＩＲ分光計における検出器アレイと、通常１００〜５００ｍｍ／ｓの範囲のスピンドル上の周辺の速さの両方を有する。すなわち、分光計の記録スキャン中、移動は通常１〜１０ｍｍであり、通常の部品の大きさとしてのそれ自身の大きさと比べて小さい。上述したようなデータのさらなる数値上の評価のために、用いられるが、たとえば絶対強度が独立する△Ｌｎ（Ｉ）／△λなどの派生値である反射強度Ｉ（λ）でない場合、変数であるＬｎ（Ｉ）または△Ｌｎ（Ｉ）／△λを有する部品の同時移動を通したスペクトルの記録中に発生する強度変動を抑制することができる。もちろん、できるだけ高い記録スキャン速度を有することは、高いスペクトル信号安定性のために有益である。これにより、強度変動は相対的により小さくなり、信号の歪みは最小化されるために高い強度変動によるより遅い速度の選択よりもいくつかのスペクトルにわたって平均化されることができる。

ＦＴＩＲ分光計の場合では、スキャンの間に変動する反射強度は、インターフェログラムの変調をもたらす。インターフェログラムは、フーリエ変換において分解能関数の短波拡大で畳み込み（convolution）として現れる。変調速度はほぼスキャン速度程度であるため、この畳み込みは反射スペクトルにおいて広がる極小ピークの原因となる。しかしながら、ラッカーのスペクトル特性はあまり狭帯域でなく、このためラッカーの硬化反応の結果として変化もしないため、スキャン中にわずかに変化する反射強度によって引き起こされる粗悪化は小さくなり、これによりラッカーの硬化の程度を監視するための二次的な重要性となる。

しかしながら、回転スピンドルとの組み合わせにおけるダイクロイックＵＶミラー４１１を有する、好適に用いられる図４の形態は、分光計によって検出される部品上のラッカー膜によって反射される光がダイクロイックＵＶミラーを通って伝達されなければならないという制限を有する。ミラーのダイクロイックコーティングは、ＵＶ光が通過することは可能にしないが、約２５００〜３０００ｎｍの波長までの可視光または近赤外光（ＮＩＲ）４２７への透過がある。長波長の赤外光は、用いられるＵＶミラーのガラス基板によって吸収され、その後ろの分光計にはもはや届かない。高い赤外線透過性を有するＵＶミラーの基板材料はあるが、これらは特に数１０ｃｍの寸法の大きさでは、非常に高額である（たとえば硫化亜鉛）。

したがって、ＵＶミラーのための従来のガラスによって、ラッカー膜の硬化状態の監視は、ＮＩＲ波長帯上の制限された程度においてのみ達成されることができる。しかし、典型的なスペクトルはより長波長のＩＲにおいて変化し、他方では変化しない。

したがって、光源のＵＶ光のための高い反射がさらに達成されることができる構成を有することが好ましい。しかし、反射光は、分光計によって光学的要素を通した伝達なしに検出されることができ、これにより、光線の測定においてスペクトル反射の赤外波長範囲を貫通する充満した空気を産出する。図５はこのような実施形態を示す。

ＵＶミラー内の穴５１３によって、ＩＲ光５２７はＵＶミラーの後方の分光計５０３の測定窓上へ遮られることなく通ることができる。一方、穴の大きさは以下のように選択される。部品表面上のラッカー膜によって反射される光線は、少なくとも分光計のスキャンの時間間隔の間、分光計の測定窓にぶつかる。この目的のために、いくつかの穴、隙間または切り込みがミラーに用いられることができる。他方では、穴はできるだけ小さくなければならない。これは、ＵＶミラーが表面のこの領域において効果的ではなく、これにより光源５２１からの局所的により少ないＵＶ光が部品のラッカー膜上に照射するためである。

少なくとも二つの区分からなる穴の代わりに、一定の距離（隙間）で配置されるＵＶミラーを用いることによって、穴と関連付けられる曝露の不均一性を除くことが可能となる（図６）。ミラー区分６３１，６３２の好適な、異なる傾斜、大きさおよび数によって隙間開口部を通るＵＶ光の損失が大幅に除かれるだけでなく、最適化された配置は、平らで連続的なＵＶミラーによる値を上回っても部品上のＵＶ強度を増加させることもできるであろう。逆反射の光線の通過のための開口部は、部品表面上で硬化されるラッカー膜上のＵＶ光の大幅な損失なしに、できるだけ多くの反射赤外光６２７を検出するまで維持され得る。これはより多くのＩＲ光が分光計６０３の入射窓に照射されることを可能にし、硬化プロセスを監視するためのスペクトルの信号の質を向上させる。ＵＶミラーのこの区分は、好ましくはＵＶミラーの中央で作られるべきではない。これは、一方で、最も高いＵＶ強度がこの領域にあるためであり、これにより隙間によって生じるＵＶ光の損失は最大となり得る。他方では、中央の区分とは対照的に、部品によって反射される光のための開口部角度は、上側領域に図６に示されるような、およびミラーの下側に図７に示されるような、中央でない区分で増加されることができる。この方法では、ＵＶ光の損失を最小化すると同時に、測定信号が増やされ得る。

しかしながら、連続的なミラー素子に対して横方向に相殺される分光計の配置は、図６および７に記載されるような配置に比べて、測定のためのはるかに低い強度を生じ得るであろう。

特に好ましい実施形態によると、硬化光は区分されたミラー８３１およびミラー８３２を介して基板８４１上に案内され、放射線源の元の方向に沿った投影に連続して現れるが、基板によって反射される放射線に沿った投影に開口部とともに現れる。これにより、図８に見られるように、基板から反射される放射線の一部は、遮られずに検出器８０３へ通る。

図９に、特に好ましい実施形態を示す。少なくとも一つ以上のミラー９３１，９３２，９３３は、放射線源の主光学軸とミラーの反射面の法線との間に規定される、角度α１，α２，〜，αｎで傾けられることができる。角度範囲０＜α１，α２〜αｎは＜９０°であるべきであり、角度α１〜αｎは等しくなる必要はない。

ＵＶ源の反射光を監視することによって、ラッカー膜の硬化状態は、その場、すなわちプロセス中に接触することなく部品上に記録されることができる。これにより、達成されるべき所望のラッカー特性のオンライン制御は、プロセス作業中に行なわれる。これは、部品上のＵＶ硬化性ラッカー膜のための生産プロセスの用途におけるいくつかの利点を有する。

このような監視で、生産性は増大し得る。これは、一定時間の間曝露する必要がないだけでなく、ラッカー膜が完全に硬化されるために実際の部品に実用的に要求される最小限の時間の間だけ曝すことが必要となるためである。このように、潜在的にあまりに短い曝露を回避することができるため、あまりにも短すぎる曝露時間の結果である品質の問題を回避することができる。さらに、達成されるべき反射スペクトルにおいては、特定の所定のスペクトル変化に対する監視の助けにより曝露プロセスを制御することによって、曝露の均一性が向上されることもできる。最も高い可能性のある同一性は、部品の一定の特性および品質を常に確保するために、すべての大量生産プロセスの目標である。

本発明のプロセス監視装置のさらなる改良は、測定信号は常に分光計に到達する、すなわち角度に依存しないという事実にある。

したがって、本発明によるその場プロセス監視装置は、部品の硬化状態を測定するために、少なくとも一つの放射線源と、少なくとも一つの信号源と、少なくとも一つの分光計とを備え得る。部品は硬化可能ラッカーでコーティングされ、測定は分光計を介して非接触法で行なうことができることを特徴とする。測定のための少なくとも一つの信号源は、少なくとも一つの放射線源と一致し、ラッカーの硬化のために用いられる。

その場プロセス監視装置は、少なくとも一つの、好ましくは複数の、ダイクロイックミラーを備え得る。

本発明によるその場プロセス監視装置において、少なくとも一つのミラーは放射線源の主光学軸とミラーの反射表面の法線との間で規定される、角度α１，α２，〜αｎで傾けられる。角度範囲０＜α１，α２〜αｎは＜９０°でなければならず、角度α１〜αｎは等しくなる必要はないことを特徴とし得る。

その場プロセス監視装置は、用いられるミラーに一つ以上の開口部を有していてもよい。ミラーは、一つ以上の穴、一つ以上の隙間、一つ以上の切り込み、または一つ以上の隙間および／または一つ以上の切り込みおよび／または一つ以上の穴を備え得る。

その場プロセス監視装置は、互いの距離によって離間する区分されたミラーを備え得る。区分されたミラーは、結果として生じるミラー表面が放射線源の元の方向に沿って連続的に現れることを可能にするが、基板によって反射される放射線に沿った投影に、反射された放射線のために、分光計へ少なくとも部分的に遮られない。

本発明によるその場プロセス監視装置は、放射線源として一つ以上のランプを備え得、ランプは硬化プロセスおよび硬化プロセスの測定の両方のために要求される波長範囲で放射線を放出する。

その場プロセス監視装置は、放射線源として金属ハライドランプを備えてもよい。
その場プロセス監視装置は、放射線源としてハロゲンランプを備えてもよい。

その場プロセス監視装置は、硬化可能ラッカーでコーティングされる部品のために用いられ得、硬化区域を通って直線的に動かされる。

その場プロセス監視装置は、硬化可能ラッカーでコーティングされる部品のために用いられ得、硬化区域を通って回転して動かされる。

その場プロセス監視装置は、測定プロセスを作動させるためのトリガーユニットおよび部品の位置を測定するための位置センサを備えてもよい。

部品上のラッカー硬化プロセスのためのその場プロセス監視方法は、上述の実施形態の一つ以上に従い、本発明によるプロセス監視装置を用いることができる。

上記で説明されたようなその場プロセス監視方法は、コーティングされた部品上の硬化可能ラッカーとして、ＵＶ硬化性ラッカーを用いることができる。

ＵＶ源（信号源、放射線源） １０１，２０１，３０１，４０１，
５０１，６０１，７０１，８０１，
９０１
スペクトル分解光学センサユニット １０３，２０３，３０３，４０３，
５０３，６０３，７０３，８０３，
９０３
反射監視システム １０５，２０５，３０５，４０５，
５０５，６０５，７０５
部品移動駆動 １０７，２０７
角度位置センサ ３０７，４０７，５０７，６０７，
７０７
スペクトルスキャンのためのトリガー ２０９，３０９
ゲーティングモードのためのトリガー ４０９
トリガー信号 ５０９，６０９，７０９
ダイクロックミラー ４１１，５１１，６３１，６３２，
７３１，７３２，８３１，８３２，
９３１，９３２，９３３
ＩＲダンプ ４１３
ＵＶ光 ４２１
反射された可視光＋ＩＲ光 ４２３
伝達された光（可視光＋ＮＩＲ光； ４２５，５２５
４００〜３０００ｎｍ）
測定信号（可視光＋ＮＩＲ光； ４２７
４００〜３０００ｎｍ）
測定信号（ＵＶ光＋可視光＋ＩＲ光； ５２７，６２７，７２７
２５０〜５００００ｎｍ）
硬化性コーティングでコーティングされた部品 ８４１，９４１

Claims (7)

1. 部品上のコーティングとして存在するＵＶ硬化性ラッカーの硬化状態を測定するためのその場プロセス監視装置であって、
   前記ラッカーを硬化させるための少なくとも一つの放射線源（６０１）と、
   少なくとも一つの信号源（６０１）と、
   前記部品で反射された前記信号源（６０１）の放射線を非接触で測定を行なうための少なくとも一つの分光計（６０３）と、
   前記少なくとも一つの分光計によって測定されたスペクトルデータから前記ラッカーの硬化の程度を算出するように構成された監視ユニット（６０５）と、を含み、
   前記測定を行なうための前記少なくとも一つの信号源（６０１）は、前記少なくとも一つの放射線源（６０１）と一致しており、
   前記その場プロセス監視装置は、少なくとも一つのダイクロイックミラーを含み、
   前記少なくとも一つのダイクロイックミラーは、前記放射線源（６０１）から放出されたＵＶ放射線を反射し、かつ、可視放射線および赤外放射線を高い程度で透過させ、
   前記少なくとも一つのダイクロイックミラーは、複数の区分されたミラー（６３１，６３２）を有し、前記複数の区分されたミラーは、互いに距離（６２７）を空けて離間しており、
   結果として生じるミラー表面が、前記放射線源から放出された前記放射線の元の方向に沿った投影において連続であるように現れるが、前記部品で反射された前記放射線に沿った投影においては複数の開口部を有するように現れて、これにより、反射された放射線の少なくとも一部が遮られずに前記分光計に伝達されることが可能になるように、前記複数の区分されたミラーが配置されている、その場プロセス監視装置。
2. 前記複数の区分されたミラー（９３１，９３２，９３３）は、前記放射線源（９０１）の主要な光軸と前記複数の区分されたミラーの反射面の法線との間で規定される傾斜角度が角度α１，α２，…αｎ（ｎ：３以上の自然数）となるように配置され、前記角度の範囲は、０＜角度α１，α２，…αｎ（ｎ：３以上の自然数）＜９０°であるべきであり、かつ、前記角度α１…αｎ（ｎ：２以上の自然数）は互いに等しくある必要はないことを特徴とする、請求項１に記載のその場プロセス監視装置。
3. 前記硬化のプロセスのためおよび前記硬化のプロセスを測定するための両方に必要とされる波長範囲で放射線を放射する放射線源として一つ以上のランプを備える、請求項１または２に記載のその場プロセス監視装置。
4. 前記放射線源としてメタルハライドランプを備える、請求項１から３のいずれか１項に記載のその場プロセス監視装置。
5. 前記放射線源としてハロゲンランプを備える、請求項１から４のいずれか１項に記載のその場プロセス監視装置。
6. 前記測定のプロセスを始動させるためのトリガーユニット（７０９）と、前記部品の位置を測定するための位置センサ（７０７）とを備える、請求項１から５のいずれか１項に記載のその場プロセス監視装置。
7. ＵＶ硬化性ラッカーでコーティングされた部品上のラッカー硬化プロセスの、その場プロセス監視のための方法であって、請求項１〜６のいずれか１項に記載のその場プロセス監視装置を使用する、方法。

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