NL1039263C2 - Apparaat en werkwijze voor het tellen en bemeten van deeltjes. - Google Patents

Description

Apparaat en werkwijze voor het tellen en bemeten van deeltjes

De onderhavige uitvinding betreft een apparaat en werkwijze voor het continu detecteren van stofdeeltjes nadat deze stofdeeltjes uit de lucht neerslaan op een oppervlak.

5 Dit apparaat kan ook stofdeeltjes karakteriseren in termen van deeltjesgrootte, deeltjesvorm, spectrale eigenschappen, en het aantal neerslaande deeltjes per tijdseenheid en per eenheid van oppervlakte. Deze meetgegevens kunnen in dit apparaat worden opgeslagen en kunnen op meerdere manieren ter beschikking worden gesteld aan de gebruiker. Daarnaast kan dit apparaat een alarm afgeven, waarbij dit alarm afhankelijk is 10 van een karakteristiek van gedetecteerde stofdeeltjes. Het apparaat kan behalve stof ook andersoortige deeltjes opmeten en deze deeltjes kunnen ook op het meetoppervlak worden gedeponeerd via een willekeurige proces of handeling. Het apparaat kan ook gebruikt worden om de mate van schoonheid van een oppervlak te meten. Eerdere apparaten waren minder goed in staat het neerslaan van een gering aantal deeltjes te monitoren.

15

In produktieruimten is de aanwezigheid van stof doorgaans ongewenst.

Stofdeeltjes, die neerslaan uit de lucht, kunnen schade toebrengen aan te produceren goederen. Een voorbeeld van een dergelijke ruimte is de clean room zoals bekend uit de halfgeleiderindustrie. Bij productie van levensmiddelen kan er microbiologische 20 besmetting ontstaan doordat stofdeeltjes met aangehechte micro-organismen neerslaan op het product. Ook in operatiekamers waar chirurgische ingrepen plaatsvinden is besmetting van open wonden door het neerslaan van deeltjes uit de lucht een bekend probleem, wat tot ernstige wondinfectie kan leiden. In een schone ruimten probeert men zoveel mogelijk te werken met schone lucht waarin geen deeltjes aanwezig zijn, zodat er geen of minder 25 problemen optreden zoals hiervoor geschetst. Daarbij ontstaat de noodzaak om de schoonheid van lucht te kunnen meten. Men dient zich te realiseren dat wat we hier aanduiden met stofdeeltje, of deeltje, in feite deeltjes zijn die een zeer uiteenlopende aard en oorsprong hebben. Voorbeelden van deze deeltjes zijn: stofdeeltjes die loskomen van kleding, deeltjes die loskomen by bewerkingen zoals zagen en boren, deeltjes die in rook 30 zitten, huidschilfers, deeltjes van plantaardige oorsprong, vernevelde vloeistoffen, afzonderlijke micro-organismen, en micro-organismen die aan deeltjes kleven. Al deze deeltjes zijn in twee groepen te verdelen. Deeltjes die zo klein zijn dat ze in de lucht blijven zweven en grotere deeltjes die door de werking van de zwaartekracht uit de lucht 1039263 2 neerslaan op een oppervlak. Vaak blijven deeltjes kleiner dan 5mircometer zweven in de lucht. Deze deeltjes zijn minder schadelijk omdat ze geen contaminatie van oppervlakten veroorzaken. Toch is er in ruime mate meetapparatuur beschikbaar waarmee deze zwevende deeltjes gedetecteerd kunnen worden. Grotere deeltjes vallen uit de lucht en 5 slaan neer op oppervlakken. Deze depositie van deeltjes kan waargenomen worden door een plaatje van een bepaald materiaal horizontaal neer te leggen en een bepaalde tijdsduur aan lucht bloot te stellen. Vervolgens wordt het plaatje onder een microscoop bekeken en kunnen de neergeslagen deeltjes worden geteld. Verder kan de grootte van de deeltjes en soms de aard van het deeltje worden vastgesteld met deze microscoop. Dergelijke plaatjes 10 worden witness plates genoemd. Aan de meting met witness plates kleven twee belangrijke nadelen. Ten eerste verloopt de meting zeer langzaam. Het blootstellen aan lucht kan enige uren tot meerdere dagen lang duren. Ten tweede is de beoordeling onder een microscoop arbeidsintensief en dus kostbaar. De onderhavige uitvinding maakt nieuwe toepassingen mogelijk door het sneller en continue meten van deeltjesneerslag. Zo kan er een alarm 15 gegenereerd worden op het moment dat er te veel deeltjes neerslaan. Ook wordt het mogelijk het tijdstip van de deeltjesneerslag te registreren. Dit tijdstip kan gerelateerd zijn aan de oorzaak van de neerslag. Er zijn eerder diverse apparaten ontwikkeld als alternatief voor witness plates. Ten opzichte van deze apparaten maakt de onderhavige uitvinding het mogelijk nog sneller te meten, over een aanzienlijk groter oppervlak te meten, en er 20 kunnen meer eigenschappen van de deeltjes opgemeten worden.

Een andere toepassing van onderhavige uitvinding betreft het detecteren en opmeten van verontreinigende deeltjes die neerslaan uit de buitenlucht. Fabrieken, mijnen, elektriciteitscentrales, en het verkeer veroorzaken uitstoot in de lucht van verontreinigende 25 deeltjes. De grotere deeltjes daarvan zullen in de omgeving van de verontreinigingsbron neerslaan. Een methode om deze deeltjesneerslag waar te nemen bestaat uit een emmer met daarin een vloeistof. De emmer wordt meerdere dagen opgesteld in de buitenlucht zodat neergeslagen deeltjes gevangen worden in de vloeistof. De vloeistof wordt vervolgens door een filter gepompt waarbij de deeltjes in het filter achterblijven. Het filter wordt voor en na 30 het filteren met een microbalans gewogen zodat het gewicht van de neergeslagen deeltjes bekend wordt. Deze methode met emmer en vergelijkbare methoden hebben als nadeel, dat ze bewerkelijk en langzaam zijn. Met de onderhavige uitvinding wordt het mogelijk deeltjesneerslag geautomatiseerd en continue te monitoren.

3

De onderhavige uitvinding kan eventueel ook in combinatie met witness plates gebruikt worden. Witness plates kunnen in een apparaat volgens onderhavige uitvinding geplaatst worden waardoor stofdeeltjes opgemeten kunnen worden die eerder op deze 5 witness plates neergeslagen zijn. Een microscoop is dan niet meer nodig, en het tellen van de deeltjes evenals het opmeten van de deeltjes verloopt geautomatiseerd.

Een verdere toepassing van onderhavige uitvinding betreft het opmeten van de mate van schoonheid van oppervlakken. In een productieproces worden onderdelen soms voor 10 gebruik schoongemaakt. Stofdeeltjes worden dan van het oppervlak verwijderd. De mate van schoonheid kan bijvoorbeeld met een microscoop vastgesteld worden. Met de onderhavige uitvinding is het mogelijk snel de schoonheid van oppervlakken vast te stellen, ook indien dit een groot oppervlak is.

15 Als laatste toepassing van onderhavige uitvinding noemen we het opmeten van deeltjeseigenschappen. De deeltjes worden daartoe uitgestrooid over een oppervlak waarna ze met onderhavige uitvinding bemeten worden. Ook deeltjes in een vloeistof of emulsies kunnen kunnen verspreid worden over het meetoppervlak. De eigenschappen die gemeten kunnen worden zijn de grootte, de vorm, de spectrale eigenschappen en het aantal deeltjes.

20

Uit het document US 6122053 is bekend een apparaat bedoeld voor het opmeten van deeltjes die neergeslagen zijn uit de lucht op een plaatje. Dit plaatje wordt zekere tijd opgesteld op een plek waar de deeltj esneerslag gemeten moet worden. Op het plaatje zullen dan stofdeeltjes neerslaan. Daarna wordt het plaatje in dit apparaat geplaatst en 25 wordt een maat gemeten die bij benadering evenredig is met de hoeveelheid stofdeeltjes. De meting vindt plaats door licht scherend te laten invallen op het plaatje. De stofdeeltjes op het plaatje verstrooien dit licht. Een sensor meet vervolgens de hoeveelheid verstrooid licht. Het apparaat wordt geijkt met een hoeveelheid microbolletjes die een geijkte diameter hebben. Deze microbolletjes leveren een bepaalde hoeveelheid licht op. Hierdoor 30 kan de opgemeten hoeveelheid door stofdeeltjes verstrooid licht omgerekend worden naar een equivalent aantal van microbolletjes. Het apparaat kan uitgebreid worden met een microscoop zodat de deeltjes nader geanalyseerd kunnen worden.

Dit apparaat beschreven in document US 6122053 heeft de volgende nadelen en 4 tekortkomingen ten opzichte van de onderhavige uitvinding: • Er wordt niet continu aan de deeltjes neerslag gemeten zodat het geen real time monitoring techniek is.

• Er kan maar een klein oppervlak op het plaatje bemeten worden. Dit oppervlak 5 is een cirkel met een diameter van 30mm (= 7cm2). Bij een korte blootstellingsduur aan deeltjesneerslag of bij een zeer schone ruimte zullen er op dit oppervlak te weinig stofdeeltjes vallen zodat de meting statistisch niet relevant is.

• Met lichtverstrooiing wordt alleen maar een maat voor de hoeveelheid deeltjes 10 opgemeten. Andere deeltjeseigenschappen worden niet geautomatiseerd opgemeten.

• Nadere analyse via de microscoop is arbeidsintensief.

Uit het document US 5412221 is bekend een apparaat bedoeld voor het continu 15 monitoren van deeltjes die neerslaan uit de lucht. Dit apparaat heeft een opening aan de bovenzijde waar de stofdeeltjes doorheen kunnen vallen. Deze deeltjes vallen dan op een plateau en veroorzaken vervolgens een toename van verstrooiing van licht. Dit apparaat beschreven in document US 5412221 heeft de volgende nadelen en tekortkomingen ten opzichte van de onderhavige uitvinding: 20 • Er kan maar een klein oppervlak op het plaatje bemeten worden. Dit oppervlak is 6,5cm2 in het geval van het apparaat genaamd TAU-N100A dat op document US 5412221 is gebaseerd. Bij een korte blootstellingsduur aan deeltjesneerslag of bij een zeer schone ruimte zullen er op dit oppervlak te weinig stofdeeltjes vallen zodat de meting statistisch niet relevant is.

25 • Met lichtverstrooiing wordt alleen maar een maat voor de hoeveelheid deeltjes opgemeten. Andere deeltjeseigenschappen worden niet geautomatiseerd opgemeten.

Uit het document US 5870186 is bekend een apparaat bedoeld voor het continu 30 monitoren van deeltjes die neerslaan uit de lucht. Dit apparaat heeft een opening aan de bovenzijde waar de stofdeeltjes doorheen kunnen vallen. Deze deeltjes vallen dan op een transparant plateau dat optioneel kan roteren. De rotatie kan voorkomen dat meerdere 5 stofdeeltjes bovenop elkaar vallen en daardoor niet opgemeten worden. Onder het transparante plateau is een microscoop geplaatst met daarop aangesloten een elektronische camera. Met beeldbewerkingstechnieken kunnen de stofdeeltjes vervolgens geteld worden en kan de grootte opgemeten worden. Dit apparaat heeft als nadeel dat het blikveld van een 5 microscoop altijd klein is. Het gat in het apparaat waar de stofdeeltjes doorheen vallen kan enigermate groter zijn dan het blikveld van de microscoop. Evenwel is een voldoende groot monitoring oppervlak op deze wijze niet eenvoudig te realiseren. De onderhavige uitvinding biedt hiervoor een eenvoudiger oplossing waarmee bovendien beduidend grotere oppervlakken bemeten kunnen worden.

10

Uit het document US 4739177 is bekend een apparaat bedoeld voor het continu monitoren van deeltjes die neerslaan uit de lucht. Dit apparaat gebruikt een lichtsluis waarbij een neerdalend deeltje gedetecteerd wordt als het de lichtsluis passeert. Het apparaat beschreven in dit document heeft de volgende nadelen en tekortkomingen ten 15 opzichte van de onderhavige uitvinding: • Dit apparaat meet alleen maar een maat voor de hoeveelheid deeltjes en meet verder geen deeltj eseigenschappen.

• Zwevende deeltjes kunnen meerdere malen de lichtsluis passeren zodat er maatregelen moeten worden genomen om dit te voorkomen.

20 • Een groot monitoring oppervlak resulteert in een complexe constructie van de lichtsluis.

De Vereniging “Contamination Control Nederland” heeft bekendgemaakt een apparaat te hebben ontwikkeld waarmee een analyse gemaakt kan worden van stofdeeltjes 25 die neergeslagen zijn op witness plates. Een witness plate wordt daartoe buiten het apparaat geplaatst op een plek waar de stofdeeltjes er gedurende een zekere tijd er op kunnen neerslaan. Deze witness plate wordt vervolgens in het apparaat geplaatst. In dit apparaat bevindt zich een microscoop met daarop aangesloten een elektronische camera. De witness plate heeft de grootte en de vorm van een audio CD. De witness plate draait 30 onder de microscoop door waardoor een groot gedeelte van dit oppervlak elektronisch afgebeeld kan worden. Met beeldbewerkingstechnieken kunnen de stofdeeltjes vervolgens geteld worden en kan de grootte opgemeten worden. Dit apparaat heeft de volgende nadelen en tekortkomingen ten opzichte van de onderhavige uitvinding: 6 • Er vindt geen continue volautomatische monitoring van deeltjesneerslag plaats.

• Het oppervlak voor het meten van stofdeeltjesneerslag is 60cm2 en is dus groter dan bij de hiervoor besproken apparaten. Dit meetoppervlak is nog steeds aanzienlijk kleiner dan bij de onderhavige uitvinding.

5

Uit de voorgaande beschrijving van de huidige stand van de techniek blijkt dat er geen apparaat is dat deeltjesneerslag kan detecteren op een groot oppervlak en tegelijk deeltjeseigenschappen zoals grootte, en vorm kan opmeten. Hierdoor is er geen een snelle respons van neergeslagen deeltjes te krijgen waardoor een geautomatiseerde meting niet 10 goed in staat is deeltjesneerslag continu te monitoren. Dit geld met name voor grotere deeltjes, waarvan er relatief weinig zijn, zodat een te klein neerslagoppervlak leidt tot statistisch niet relevante meetresultaten. Deze tekortkoming wordt door de onderhavige uitvinding opgelost.

15 De onderhavige uitvinding zal nader worden toegelicht aan de hand van de beschrijving van voorkeursuitvoeringsvormen van de uitvinding onder verwijzing naar de navolgende figuren:

Figuur 1 toont in perspectief het apparaat in één van zijn voorkeursuitvoeringen 20 volgens de uitvinding.

Figuur 2 toont in perspectief een opengewerkte schets van het apparaat in één van zijn voorkeursuitvoeringen volgens de uitvinding.

25 Figuur 3 toont in zijaanzicht een doorsnede van slede 4 met daarin aangegeven een de positie van de lichtbron 13 in één van de voorkeursuitvoeringen volgens de uitvinding.

Figuur 4 toont in zijaanzicht een doorsnede van slede 4 met daarin aangegeven een andere positie van de lichtbron 13 in één van de voorkeursuitvoeringen volgens de 30 uitvinding.

Figuur 5 toont een voorkeursuitvoering van de presentatie van een meetresultaat, verkregen met onderhavige uitvinding.

7

Het apparaat volgens de onderhavige uitvinding is opgebouwd rond een bij grote voorkeur rechthoekige plaat 1. Deze plaat kan zowel optisch doorzichtig als ondoorzichtig zijn. Stofdeeltjes die neerdalen uit de lucht en neerslaan op plaat 1 kunnen door het 5 apparaat gedetecteerd worden en opgemeten worden. De slede 4 wordt langs de lengterichting van plaat 1 voortbewogen. Deze beweging kan efficiënt met een lineaire actuator gerealiseerd worden. In slede 4 bevindt zich een lineaire sensor 8 en een lichtbron 13. De lineaire sensor 8 bestaat uit een groot aantal lichtgevoelige elementen die langs een lineaire as naast elkaar geplaatst zijn. Deze lineaire as ligt bij grote voorkeur parallel aan 10 de breedterichting van plaat 1 en loodrecht op de verplaatsingsrichting van de lineaire actuator. Wanneer nu slede 4 langs plaat 1 in de lengterichting van plaat 1 wordt voortbewogen, dan schuift de lineaire as van sensor 8 over de plaat. Op iedere positie kan een digitale afbeelding gemaakt worden van een zeer smalle strook in de breedterichting van plaat 1. Op deze manier wordt een hoge resolutie, microscopische afbeelding over de 15 gehele oppervlakte van de plaat verkregen. Het aantal beeldpunten, ook wel pixels genoemd, langs de breedterichting van plaat 1 komt overeen met het aantal lichtgevoelige elementen van sensor 8. Het aantal beeldpunten langs de lengterichting van plaat 1 komt overeen met het aantal posities van slede 4 waarop de informatie van sensor 8 geregistreerd wordt. De slede 4 bestaat uit een bovenzijde 6 en een onderzijde 7. De lineaire sensor 8 20 kan zowel in de onderkant 7 alsook in de bovenkant 6 van de slede geplaatst worden. Evenzo kan de lichtbron 13 in de onderkant 7 alsook in de bovenkant 6 van de slede geplaatst worden. In Figuur 3 is de uitvoeringsvorm getekend waarbij zowel de lineaire sensor 8 en lichtbron 13 in onderkant 7 gemonteerd zijn. Plaat 1 moet dan doorzichtig zijn, om de stofdeeltjes die boven op de plaat neergeslagen zijn af te kunnen beelden met 25 reflecterend licht. Een vergelijkbare optische constructie is ook te vinden in een flatbed document scanner. Spiegels 10,11, en 12 en lens 9 dienen ervoor om een smalle strook langs het oppervlak van plaat 1 af te beelden op lineaire sensor 8. De spiegels 10,11, en 12 zorgen ervoor dat slede 4 gerealiseerd kan worden met compacte afmetingen. Een alternatief voor het gebruik van spiegels en een lens is een lineaire rij van microlenzen, die 30 voor sensor 8 geplaatst worden. Voor de configuratie van Figuur 3 is bovenkant 6 van slede 4 strikt genomen niet noodzakelijk en kan weggelaten worden. Evenwel kan dan omgevingslicht de meting verstoren. Bovenkant 6 van slede 4 kan daarom gebruikt worden om het omgevingslicht af te schermen. In de situatie van Figuur 4 wordt er een afbeelding 8 gemaakt van de stofdeeltjes met transmissie licht. Plaat l moet in dit geval doorzichtig zijn. Deze transmissiemethode heeft als voordeel dat de meting minder gevoelig is voor het verstorende effect van omgevingslicht. In Figuur 4 kunnen de spiegels en lens ook weer vervangen worden door een lineaire rij van microlenzen. Een met de opzet van Figuur 4 5 gelijkwaardige opstelling ontstaat door lichtbron 13 onder plaat 1 te plaatsen en spiegels 10,11, en 12, lens 9 en sensor 8 boven plaat 1 te plaatsen. Een andere voorkeursvorm ontstaat door lichtbron 13, spiegels 10,11, en 12, lens 9 en sensor 8 allen in de bovenkant 6 van slede 4 te plaatsen. Er wordt dan met reflecterend licht gemeten en plaat 1 mag ondoorzichtig zijn. Wederom is het mogelijk om hier voor het alternatief van een lineaire 10 rij van microlenzen te kiezen. Het voordeel van deze laatste configuratie is dat er hier wat meer vrijheid is in de materiaalkeuze voor plaat 1. Dit houdt verband met het normblad ISO 14644-3 waarin aangegeven wordt dat deeltjesneerslag beïnvloed kan worden door oppervlaktekarakteristieken en de oppervlakteruwheid. Bij gebruik van witness plates dient het materiaal van deze plaatjes dan ook vergelijkbaar te zijn met het oppervlak van het 15 product dat beschermd moet worden tegen deeltjesneerslag. Indien plaat 1 doorzichtig moet zijn, zal men beperkt zijn in de materiaalkeuze. Lichtbron 13 kan ook op een dusdanige wijze geplaatst worden dat het licht scherend langs plaat 1 valt, maar wel de stofdeeltjes verlicht.

20 Een sensor zoals lineaire sensor 8 wordt veel toegepast in flatbed scanners en filmscanners die voor het digitaliseren van documenten en film gebruikt worden. Hiervoor zijn twee typen van sensor ontwikkeld. Dit zijn de lineaire CCD sensor en de Contact Image Sensor ofwel CIS. Een monochrome lineaire sensor kan gebruikt worden indien alleen de deeltjesgrootte, deeltjesvorm, en het aantal deeltjes opgemeten hoeft te worden.

25 Een driekleuren - of meerkleuren lineaire sensor kan gebruikt worden om een spectrale analyse te maken van een stofdeeltje. Spectrale informatie maakt het mogelijk meerdere soorten van deeltjes van elkaar te onderscheiden. De spectrale analyse kan uitgebreid worden naar het infrarode - en het ultraviolette gebied door lichtbronnen en lineaire sensoren toe te passen die werkzaam zijn in deze gebieden. Het is ook mogelijk meerdere 30 sledes 4 te gebruiken die ieder een ander optisch systeem hebben. Zo kan bijvoorbeeld één slede een gewone witte lichtbron hebben voor een spectrale meting met zichtbaar licht. De tweede slede kan dan bijvoorbeeld met een ultraviolette lichtbron worden uitgerust. Deze sledes kunnen na elkaar over plaat 1 scannen en de resulterende beeldinformatie kan 9 digitaal samengevoegd worden. Een zeer compacte opbouw van slede 4 is te bereiken door het gebruik van microlenzen in combinatie met een lineaire CCD of CIS sensor. Een meerkleuren CIS sensor maakt gebruik van meerdere gekleurde lichtbronnen. Voor zowel de CCD alsook de CIS sensor is er een grote keus aan lichtbronnen die met diverse 5 technieken tot een lineaire lichtbron gevormd kunnen worden. Bij grote voorkeur wordt er gebruik gemaakt van LED of halfgeleider laser lichtbronnen daar deze zeer stabiel zijn.

Plaat 4 moet in voldoende mate horizontaal worden opgesteld zodat neerslaande deeltjes er niet van af rollen. Verder mag slede 4 de deeltjesneerslag niet beïnvloeden. Dit 10 is te bereiken door de slede langzaam te bewegen zodat er geen luchtwerveling ontstaat. Verder mag slede 4 niet te lang boven plaat 1 staan in vergelijking tot de blootstellingsduur aan deeltjesneerslag. Ook kan de rustpositie van slede 4 voorbij het einde van plaat 1 gerealiseerd worden. Elektrostatische ladingen hebben een zeer groot effect op het neerslaan van deeltjes. Voorzorgsmaatregelen moeten genomen worden om de opbouw van 15 elektrische lading te voorkomen. Zoveel mogelijk onderdelen van het apparaat worden daarom uitgevoerd in elektrisch geleidende materialen zoals elektrisch geleidende kunststoffen en roestvrij staal. Het apparaat moet elektrisch contact maken met de ondergrond waarop het geplaatst is. Op het apparaat kan een aardpunt geconstrueerd worden. Sterke windvlagen kunnen stofdeeltjes die op plaat 1 liggen meenemen. Dit is te 20 voorkomen door een opstaande rand rondom of aan behuizing 5 te plaatsen. De hoogte versus diameter verhouding van deze rand moet minimaal twee zijn. Dit leidt tot een onhandig hoge rand. Als alternatief kan daarom een matrix van kleinere pijpjes geplaatst worden boven plaat 1 en slede 4. Ieder pijpje heeft dan een hoogte versus diameter verhouding van minimaal twee, waarbij de totale hoogte vele malen lager is dan bij een 25 enkelvoudige opstaande rand het geval is. Bij plaatsing in een sterke luchtstroom is het mogelijk de opstaande rand of de pijpjes te buigen in een bepaalde richting. Op deze wijze wordt alleen deeltjesneerslag uit een bepaalde windrichting bemeten. Als alternatief kan plaat 4 ook verticaal of bij benadering verticaal worden opgesteld. Eventueel kan plaat 4 voorzien worden van dubbelzijdig plakband of een ander deeltjesaantrekkend medium.

30 Deeltjes die uit de windrichting komen waarnaar plaat 1 gericht is zullen dan een grotere kans hebben om op plaat 1 vast te komen te zitten. Deze deeltjes kunnen dan vervolgens bemeten worden.

10

Deeltjesneerslag in schone ruimten treedt vaak op doordat deeltjes in de lucht komen bij menselijke activiteiten. De grotere deeltjes zullen binnen enige minuten neerslaan in de buurt waar ze gegenereerd zijn. Dit leidt ertoe dat deze grotere deeltjes 5 vooral neerslaan nabij de werkplek waar de deeltjes in de lucht gekomen zijn. Op deze werkplek liggen vaak ook de producten of andere objecten die voor deeltj esneerslag beschermd moeten worden. De meest logische plaats voor een apparaat volgens onderhavige uitvinding is dan ook zo dicht mogelijk bij de werkplek. Dit kan tot ruimteproblemen leiden omdat plaat 1 te veel ruimte inneemt. Dit is op te lossen door 10 behuizing 5 te integreren met een werkblad. Daarbij vormt plaat 1 één vlak met het werkblad. De afmetingen van plaat 1 kunnen vervolgens ook afgestemd worden op de hoeveelheid beschikbare ruimte. Het is mogelijk bovenkant 6 van slede 4 weg te laten zodat er een egaal werkvlak ontstaat. Naast deeltjesneerslag uit de lucht is er ook verontreiniging door het overdragen van deeltjes tijdens contact tussen twee objecten.

15 Indien objecten in aanraking komen met plaat 1, dan zal er overdracht van deeltjes plaats kunnen vinden. Met de onderhavige uitvinding is deze verontreiniging door contact ook meetbaar, door de toename of afname van deeltjes op plaat 1 te registreren. Dat er sprake is van contact kan woorden geregistreerd door een gevoelige trillingssensor of een elektromagnetische sensor aan plaat 1 te bevestigen. Dit is nodig om onderscheid te 20 kunnen maken tussen deeltjesneerslag en overdracht van deeltjes door contact.

Het neerslaan van deeltjes wordt kwantitatief gemeten door te tellen hoeveel deeltjes neerslaan per tijdseenheid en per eenheid van oppervlakte. Een veel voorkomende keuze voor de tijdseenheid is een uur en voor de oppervlakte eenheid een vierkante 25 decimeter. Verder worden er alleen deeltjes geteld die tenminste 1 micrometer groot zijn.

De aldus bepaalde grootheid wordt aangeduid met “Partiele Deposition Rate”. Nu blijkt dat er vrijwel altijd meer kleine deeltjes neerslaan dan grootte. Het blijkt zelfs dat vaak de deeltjesgrootteverdeling dusdanig is dat het product van deeltjesgrootte en aantal deeltjes bij benadering constant is volgens: 30

Nd * d = constant

Waarin d een maat voor de grootte van deeltjes is en Nd het aantal deeltjes is dat 11 neergeslagen is en dat een grootte heeft van tenminste d. Dit verband kan worden gebruikt om een schatting van de grootte van neerslaande deeltjes te maken. Als er bijvoorbeeld 1000 deeltjes van 1 micrometer of groter per uur en per vierkante decimeter neerslaan dan is dit volgens bovenstaand verband bij benadering equivalent aan het neerslaan van 10 5 deeltjes van lOOmicrometer of groter per uur en per vierkante decimeter. De hoeveelheid neerslag van deeltjes in een schone ruimte kan gebruikt worden om een klasse aanduiding te geven voor de mate van schoonheid van de ruimte. Binnen een ruimte kan lokaal de neerslag van plek tot plek variëren. De klasse indeling kan dan ook per werkplek bepaald worden. Als er 1000 deeltjes van 1 micrometer of groter neerslaan per uur en per vierkante 10 decimeter, dan is de klasse aanduiding: DNK 1000, waarin DNK de afkorting is van Deeltjes Neerslag Klasse. In een clean room is DNK 200 een redelijk schone klasse

Bij metingen aan stofdeeltjes wordt de apparatuur vaak geijkt met microbolletjes die een bekende diameter hebben. Heeft een dergelijk apparaat bij een stofdeeltje een 15 uitslag die overeenkomt met de uitslag van een microbolletje met een bekende diameter, dan wordt gesteld dat het stofdeeltje dezelfde diameter heeft als het microbolletje. Een meting van de deeltjesgrootte die op deze manier verloopt geeft dus een schatting van de deeltjesgrootte. De deeltjesgroottemeting kan voor de onderhavige uitvinding op een vergelijkbare manier gedefinieerd worden. Stel een microbolletje met bekende afmeting 20 ligt op plaat 1. Dit microbolletje zal dan op een aantal aaneengesloten pixels een meetuitslag veroorzaken. Dit aantal pixels is evenredig met de oppervlakte van de projectie van het microbolletje op plaat 1. Daarmee is het aantal pixels dus evenredig met het kwadraat van de diameter van het microbolletje. Ligt er een stofdeeltje op plaat 1 dan zal weer een aantal aaneengesloten pixels een meetuitslag geven. Vervolgens beschouwen we 25 het stofdeeltje alsof het een bolvormig microbolletje is. Een fictieve diameter voor het stofdeeltje kan dan berekend worden uit de gevonden evenredigheid met het aantal pixels.

Deze diameter wordt dan als fictieve grootte voor het stofdeeltje gehanteerd. De zo verkregen methode voor meting van deeltjesgrootte is acceptabel zolang de stofdeeltjes min of meer bolvormig zijn. Bij langgerekte deeltjes kan beter een andere definitie voor de 30 grootte gebruikt worden. Het is dan gebruikelijk om de grootste afmeting van het deeltje als deeltjesgrootte aanduiding te hanteren. Met beeldbewerkingstechnieken is het mogelijk l de projectie-oppervlakte en de langste afmeting te bepalen en uit te drukken in het aantal pixels. Verder kan er onderscheid gemaakt worden tussen vezels en niet vezels door de 12 verhouding te bepalen tussen de langste afmeting en de afmeting in de richting die loodrecht op de richting van de langste afmeting staat.

De noodzaak van het toepassen van een groot oppervlak bij continue meting aan 5 deeltjesneerslag volgt uit het feit dat dat er maar weinig grotere deeltjes neerslaan, en de trefkans daarop groter wordt naarmate het oppervlak waarover gemeten wordt groter is.

Stel de doelstelling is bij DNK 200 te monitoren op deeltjesneerslag. Er worden dan 200 deeltjes groter dan 1 micrometer per dm2 per uur verwacht. Als er met een tijdstap van 15 minuten gemeten wordt, dan zullen er naar verwachting 50 stofdeeltjes van 1 micrometer 10 of groter in deze 15 minuten neerslaan op één dm2. Vaak is het de moeite waard om de grotere deeltjes apart te tellen omdat het aantal daarvan aanzienlijk kan afwijken van watje op grond van de hypothetische deeltjesgrootte verdeling zou verwachten. Daarnaast zijn in tal van productieprocessen juist de grote deeltjes het meest schadelijk. Bij DNK 200 zijn er 2 deeltjes van 100 micrometer per dm2 per uur te verwachten. In 15 minuten is dat minder 15 dan 1 deeltje, zodat de meting geen statistische relevantie heeft. Hieruit volgt dat het monitoren van neerslag van grotere deeltjes met een kleine stap tussen de tijdstippen van opeenvolgende metingen alleen relevante data oplevert, indien de deeltjesneerslag op een groot oppervlak gemeten wordt.

20 Een voorbeeld van een meetresultaat verkregen met onderhavige uitvinding is weergegeven in Figuur 5. De toename in één uur van deeltjes neergeslagen op 600cm2 van plaat 1 is opgemeten. Alle deeltjes die groter zijn dan respectievelijk 10,20,40 70 en 100 micrometer zijn geteld en dit is uitgezet in de grafiek. Er blijken maar weinig grotere deeltjes neer te slaan zodat ook hier zichtbaar is dat een voldoende groot oppervlak nodig 25 is voor detectie van grotere deeltjes.

De meetmethode die nodig is voor het vaststellen van deeltjesneerslag omvat een aantal handelingen. Eerst dient er een nulmeting te worden gedaan. Daartoe zal slede 4 automatisch over plaat 1 bewegen. De via sensor 8 verkregen data wordt met een computer 30 omgezet tot een digitaal beeld. Met beeldbewerkingstechnieken worden neergeslagen deeltjes herkend. Van ieder deeltje wordt de positie, de vorm, en de grootte bepaald. Deze gegevens worden in een elektronisch geheugen opgeslagen, waarmee de nulmeting afgerond is. Plaat 1 kan voor aanvang van een nulmeting gereinigd worden, maar absoluut 13 noodzakelijk is dit niet. Zelfs na reiniging zullen er nog stofdeeltjes achterblijven op plaat 1. Ook kunnen er in plaat 1 kleine beschadigingen zitten die door de elektronische beeldbewerking als zijnde een stofdeeltje geïnterpreteerd kunnen worden. De nulmeting dient ervoor om de begintoestand vast te leggen zodat de toename in neergeslagen 5 stofdeeltjes vervolgens gemeten kan worden. Na verloop van een instelbaar tijdsinterval zal slede 4 automatisch over plaat 1 bewegen voor de eerste meting na de nulmeting. Met beeldbewerking wordt weer van ieder deeltje de positie en grootte berekend, waarna deze data wordt opgeslagen. Het verschil tussen de nulmeting en de eerste meting is gelijk aan het aantal stofdeeltjes de tussen de twee metingen op plaat 1 gevallen is. Hieruit kunnen de 10 gegevens voor Figuur 5 berekend worden. De volgende meting zal automatisch starten na verloop van het instelbare tijdsinterval. Deze cyclus zal steeds herhaald worden en iedere meting kan Figuur 5 opnieuw opgemaakt worden uitgaande van de toename in deeltjes die neerslaan op plaat 1 tussen twee opeenvolgende metingen. Als er plotseling een toename is van deeltjesneerslag dan zal dit direct na een meting uit de verkregen data blijken. Het is 15 ook mogelijk de meetresultaten te middelen indien het de bedoeling is een inzicht in deeltjesneerslag te krijgen dat minder afhankelijk is van kortdurende fluctuaties.

Bij het detecteren van kleine deeltjes wordt de hoeveelheid licht dat naar de lineaire sensor wordt teruggekaatst steeds kleiner naarmate de deeltjes kleiner worden. Uiteindelijk 20 komt deze hoeveelheid licht in de buurt van het ruisniveau van de sensor. Ook bij de totale afwezigheid van licht zal de sensor door interne elektronische ruis toch een signaal kunnen afgeven. Bij een meerkleurensensor is er onafhankelijk van elkaar voor iedere kleur een bepaald ruisniveau aanwezig. De kans dat meerdere kleuren gelijktijdig een grote ruisamplitude hebben is daardoor minder groot dan de kans dat één kleur eenzelfde 25 ruisamplitude heeft. Deze eigenschap kan gebruikt worden om het effect van ruis te onderdrukken. Immers een deeltje veroorzaakt voor alle kleuren, een verhoging van de amplitude. Bij ruis zal slechts één of twee kleuren een verhoogde amplitude hebben. Het is mogelijk dat door spectrale aberratie de afbeeldingen van een deeltje bij verschillende kleuren iets verschoven zijn. Dit is met beeldbewerking eenvoudig te corrigeren. Een 30 dergelijk effect kan ook optreden als er met meerdere lineaire sensoren gewerkt wordt of als meerdere metingen over elkaar heen gelegd worden.

Bij een mogelijke uitvoeringsvorm van onderhavige uitvoering zal de 14 beeldbewerking plaats vinden door een in kast 5 geplaatste embedded computer. Met deze embedded computer kan ook de slede aangestuurd worden, en het instelbare tijdsinterval gerealiseerd worden. De verkregen meetdata kan in het geheugen van de embedded computer opgeslagen worden. Voor de communicatie tussen embedded computer en de 5 gebruiker zijn er meerdere mogelijkheden waarvan we er twee noemen. Op kast 5 kan een touchscreen bevestigd worden. Via dit touchscreen kan de gebruiker instellingen invoeren, en kan de verkregen meetdata getoond worden, o.a. in de vorm van Figuur 5. De embedded computer kan voorzien worden van een akoestisch - of optisch signaal dat merkbaar wordt indien er meer stofdeeltjes neerslaan dan een vooraf ingestelde drempelwaarde. Ook kan er 10 automatisch een signaal gegenereerd worden indien plaat 1 te vuil is zodat deze gereinigd moet worden. De meetdata kan ook via een netwerk naar een andere computer verstuurd worden zodat ook op afstand informatie beschikbaar is over de mate van deeltjesneerslag. Als alternatief kan ook de beeldbewerking en user interface geheel op afstand gerealiseerd worden. De meetdata van meerdere apparaten volgens onderhavige uitvinding kan ook 15 centraal opgeslagen en verwerkt worden zodat het mogelijk wordt deeltjesneerslag op meerder plekken in een grote ruimte te monitoren. Als alternatief hiervoor kunnen ook meerdere witness plates op meerdere posities neergelegd worden. Nadat stofdeeltjes op een witness plate neergeslagen zijn, kan de witness plate in een apparaat volgens onderhavige uitvinding geplaatst worden op plaat 1. Een ondoorzichtige witness plate kan gebruikt 20 worden, indien zowel lichtbron 13 als lineaire sensor 8 in bovenkant 6 van slede 4 geplaatst zijn. In de andere configuraties van lichtbron 13 en sensor 8 zal een doorzichtige witness plate gebruikt moeten worden.

1039263

Claims (20)

1. Een apparaat voor het meten van deeltjesaantal, deeltjesgrootte, en deeltjesvorm, 5 waarbij de de deeltjes over een oppervlak verspreid zijn, met het kenmerk dat een lineaire beeldsensor langs dit oppervlak wordt voortbewogen zodat er een groot oppervlak met microscopische nauwkeurigheid kan worden afgebeeld waarbij de neergeslagen deeltjes door beeldbewerking zijn te detecteren.

2. Een apparaat volgens conclusie 1, met het kenmerk dat een lichtbron en een lineaire sensor zich onder een doorzichtig oppervlak bevinden waardoor deeltjes die boven op het doorzichtige oppervlak liggen opgemeten kunnen worden.

3. Een apparaat volgens conclusie 1, met het kenmerk dat een lichtbron en een 15 lineaire sensor zich aan weerszijde van een doorzichtig oppervlak bevinden waardoor deeltjes die boven op het doorzichtige oppervlak liggen opgemeten kunnen worden.

4. Een apparaat volgens conclusie 1, met het kenmerk dat een lichtbron en een lineaire sensor zich boven een oppervlak bevinden waardoor deeltjes die boven op het 20 oppervlak liggen opgemeten kunnen worden.

5. Een apparaat volgens één der voorgaande conclusies, waarbij deeltjes opgemeten kunnen worden, nadat deze deeltjes neerslaan uit de lucht op een oppervlak.

6. Een apparaat volgens één der conclusies 1 t/m 4, waarbij deeltjes opgemeten kunnen worden, nadat deze deeltjes door contact overgedragen zijn op een oppervlak.

7. Een apparaat volgens één der conclusies 1 t/m 4, waarbij deeltjes opgemeten kunnen worden die door een handeling of een proces verspreid zijn over een oppervlak. 30

8. Een apparaat volgens één der conclusies 1 t/m 4, waarbij de deeltjes in suspensie met een vloeistof zijn, en waarbij deze suspensie verdeeld is over een oppervlak. 1039263

9. Een apparaat volgens één der conclusies 1 t/m 7, waarbij de deeltjes gevormd worden door druppels van een vloeistof.

10. Een apparaat volgens één der conclusies 1 t/m 4, waarbij de deeltjes druppels 5 zijn in een emulsie van twee vloeistoffen, en waarbij deze emulsie verdeeld is over een oppervlak.

11. Een apparaat volgens één der conclusies 1 t/m 7, waarbij de deeltjes bestaan uit een combinatie van meerdere soorten van deeltjes en druppels. 10

12. Een apparaat volgens conclusies 6, met het kenmerk dat een trillingssensor of een elektromagnetische sensor gebruikt wordt om te registreren of er contact met een ander object is. Met deze registratie kan er een onderscheid worden gemaakt tussen deeltjes die door contact overgedragen worden en overige deeltjes. 15

13. Een apparaat volgens één der conclusies 1 t/m 7, met het kenmerk dat de vorm van het neergeslagen deeltjes wordt gemeten zodat verschil gemaakt kan worden tussen vezels en niet-vezels.

14. Een apparaat volgens één der conclusies 1 t/m 7 of volgens conclusie 12, met het kenmerk dat het apparaat geïntegreerd is met een werkblad.

15. Een apparaat volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat een spectrale optische meting gedaan wordt met de lineaire beeldsensor. Hiermee kunnen de 25 spectrale eigenschappen van ieder deeltje worden bepaald. De spectrale eigenschappen van een deeltje kunnen vervolgens gebruikt worden voor classificatie van dit deeltje.

16. Een apparaat volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat het apparaat een alarm kan afgeven indien één van de opgemeten waarden een vooraf 30 ingestelde drempel overschrijdt.

17. Werkwijze voor het toepassen van een apparaat volgens één der voorgaande conclusies, omvattende de stappen van: • Het doen van een nulmeting om de deeltjes die bij aanvang al op een oppervlak zitten te registreren. • Het herhaald doen van een meting na een bepaald tijdsinterval om de deeltjes te 5 registreren die in dit tijdsinterval op het oppervlak terecht zijn gekomen. • Het registreren van de gegevens die bij de herhaalde metingen verkregen worden.

18. Werkwijze voor het toepassen van een apparaat volgens één der conclusies 1 t/m 5 waarbij dit apparaat nabij een werkplek wordt opgesteld waar stofdeeltjes neerslaan 10 en waarbij deze neerslaande deeltjes schade kunnen veroorzaken.

19. Werkwijze voor het toepassen van een apparaat volgens één der conclusies 1 t/m 5 waarbij meerdere van deze apparaten in één of meerdere ruimten worden geplaatst om neerslaande stofdeeltjes te registreren, en waarbij de meetgegevens op een centrale 15 plek worden verzameld en verwerkt. Op deze wijze kan de mate van verontreiniging met stofdeeltjes continue bewaakt worden bij een proces dat zich over meerdere posities uitstrekt.

20. Werkwijze voor het toepassen van een apparaat volgens één der conclusies 1 20 t/m 4 waarbij meerdere witness plates worden gebruikt voor het verzamelen van neerslaande stofdeeltjes, waarna deze witness plates in dit apparaat worden geplaatst zodat de stofdeeltjes bemeten kunnen worden en zodat de mate van verontreiniging bepaald kan worden voor de posities waar de witness plates stofdeeltjes verzameld hebben. 25 1039263