WO2021148160A1 - Verfahren zum quantitativen nachweis einer oberflächenbelegung einer ein substrat belegenden substanz sowie messvorrichtung - Google Patents

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Timo GEMMER
Wolfram Münker
Michael Wilczek
Michael ALTERAUGE
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Definitions

  • the present invention relates to a method for the quantitative detection of a surface coverage of a substance at least partially covering a substrate according to the preamble of claim 1.
  • the invention also relates to a measuring device for the quantitative detection of a surface coverage of a substance at least partially covering a substrate according to the preamble of claim 22 .
  • metal sheets can be exposed to a number of mechanical stresses or external influences (temperature fluctuations, humidity, etc.) during their processing, processing, storage or transport.
  • the sheets can be treated with liquid anti-corrosion oils (prelubes) or lubricating oils or dry lubricants (hot melts). Dry lubricants can also have corrosion-inhibiting properties.
  • Prelubes and hotmelts can be differentiated in that prelube oils are liquid at room temperature, while hotmelts take on a solid or creamy state at room temperature.
  • the lubricants mentioned can also have other properties and contain additives tailored to them.
  • Corrosion protection oils are used in particular to protect metal sheets from corrosion, for example thin sheets, during their storage or transport. Such oils can also protect the metal sheets from mechanical damage (e.g. scratches) or from fretting oxidation. Such oils can also support the forming of the metal sheets in the press shop.
  • metal sheets are subjected to a forming or stamping process in the course of their production.
  • the metal sheets which can also be in the form of metal strips, are aufschlagt with a lubricant before processing.
  • the applied lubricant reduces the friction that occurs during the forming or punching process.
  • Attention is drawn to the tensile loads occurring during processing, which can lead to a tear in the sheet metal.
  • the sheets can be coated with a lubricant.
  • lubricant or oiling of metal sheets is carried out using so-called oiling machines.
  • oiling machines contact oiling machines and non-contact oiling machines are known. While contact lubrication machines apply the lubricant or oil via rollers, for example brushes or felt rollers, to the metal sheet, with the contactless lubricant application the lubricant is applied by spraying onto the metal sheet.
  • a homogeneous distribution of the lubricant on the metal sheet without dry areas is essential for adequate application of the lubricant.
  • a complete application of the lubricant and the avoidance of non-exposed (dry) areas is desirable.
  • the determination of possible mixtures with external lubricants can also be relevant.
  • a parameter from which information about a homogeneous lubricant distribution can be derived is, for example, the oil layer, preferably given in g / m 2 (also referred to as weight per unit area).
  • the layer thickness of the oil film and the layer thickness distribution also play a decisive role.
  • An inhomogeneous layer thickness distribution can be an indication of undesirable lubricant bulges on the sheet metal.
  • the parameters can vary depending on the application.
  • spectroscopic and optical, in particular camera-based, analysis methods are suitable for this purpose. Fluorescence spectroscopy and infrared spectroscopy are of particular relevance as spectroscopic methods. Fluorescence spectroscopic measurements show advantages over infrared spectroscopy when examining metal sheets that are exposed to lubricant droplets. A preliminary Homogenization of the oil film is not necessary for investigation by means of fluorescence spectroscopy.
  • DE 10 2018 110 931 B3 describes a method and a system for detecting the surface coverage of a coating on a surface of a strip-shaped test object.
  • the test piece in particular a sheet metal strip, is moved in a feed direction and a measure for the surface coverage is recorded line by line by irradiating with electromagnetic radiation and measuring an intensity of the reflected, backscattered or emitted electromagnetic radiation using a first measuring method.
  • a second measurement method which can be an infrared absorption measurement, an X-ray fluorescence measurement or a laser-induced plasma spectroscopy measurement
  • a calibration measurement is carried out at one location in the measurement line and the amount of surface coverage determined by the first measurement method is calibrated.
  • the coating can be a forming oil or a corrosion coating.
  • the present invention is based on the object of providing an improved method for the quantitative detection of a surface covering of a substance at least partially covering a substrate, which is able to reliably detect a wide variety of substances on different substrates and to detect them on the substrate despite various interferences to determine flows as precisely as possible, also quantitatively.
  • the method should drive for the detection of substances such as oil, oil mixtures and the like, also on surfaces with different surface structures, surface roughness, etc., provide reliable results.
  • the procedure should furthermore always be easily, quickly and easily adaptable for the respective specific application, in particular with regard to the specific substance to be detected and / or the substrate carrying the substance.
  • the present invention is based on the object of providing an improved measuring device for the quantitative detection of a surface coverage of a substance which at least partially covers a substrate and has essentially the same or similar advantageous properties.
  • a method for the quantitative detection of surface coverage of a substance that at least partially covers a substrate has at least the following steps: a. Determination of a first surface coverage measure, for example a weight per unit area of the surface coverage, of the substance on the substrate by means of a time-resolved, light-induced fluorescence measurement (also referred to herein as LIF measurement) by illuminating a measurement area on the substrate with a light pulse of a predetermined wavelength and time-resolved detection of fluorescence radiation emitted by the measurement area with an LIF detector, b.
  • a second surface coverage measure for example a thickness of the surface coverage, of the substance on the substrate by means of an infrared absorption measurement (also referred to as IR measurement herein) by illuminating the measurement area on the substrate both with IR radiation of a first wavelength, which in an absorption range of the substance to be detected, as well as with IR radiation of a second wavelength, which lies in a non-absorption range of the substance to be detected, and detecting the IR radiation of the first and second wavelength diffusely backscattered from the measurement area with at least one IR detector, c.
  • an infrared absorption measurement also referred to as IR measurement herein
  • a corrective measurement variable by means of a backscatter measurement (also referred to as RS measurement here) by illuminating the measurement area on the substrate with RS radiation (backscatter radiation) of a predetermined wavelength and detection of the RS radiation diffusely backscattered from the measurement area during illumination and d. Correcting the surface coverage measure (s) determined in step a and / or step b on the basis of the corrective measurement variable determined in step c.
  • RS measurement also referred to as RS measurement here
  • the term substrate can encompass a large number of workpieces, machine parts or components, the surface of which is at least partially covered with a substance, for example applied to the surface.
  • a substrate within the meaning of the invention can mean a flat product that has been expanded over a large area, for example a sheet of metal, but without being restricted to this.
  • Other substrates can be, for example, various plastics, rubber, wood, ceramics, glass, and the like.
  • a substance is to be understood very generally as covering the surface with a solid or liquid material.
  • Substances can be, for example, hydrocarbon-containing substances, for example oils, lubricants, corrosion protection agents, passivations, adhesives, paints, etc., inorganic substances, for example water (moisture) and the like.
  • inorganic substances for example water (moisture) and the like.
  • such substances can be substances having unsaturated chemical bond structures.
  • oils which are suitable for use in the food or agricultural industry for example vegetable oils, fatty acid esters and the like, can also be included.
  • a LIF detector does not necessarily mean a certain type of detector, but rather a detector with which - as mentioned above - the fluorescence radiation emitted by the measuring area can be detected (time-resolved).
  • different types of detectors can be used for this, for example photomultipliers, photodiodes, etc.
  • the designation LIF detector does not restrict the present invention to a specific type of detector.
  • the surface covering of the substrate is at least partially covered with the substance, for example the mass (e.g. expressed in mass per area or weight per unit area) or the thickness of the covering at the location of the measurement (here as the measuring range or also referred to as measuring spot) or the thickness of the coverage based on the area of the measuring area or measuring spot (e.g. in the order of a few cm 2 ) from which the electromagnetic radiation of the LIF, IR and RS Measurement is recorded, understood.
  • the mass e.g. expressed in mass per area or weight per unit area
  • the thickness of the covering at the location of the measurement here as the measuring range or also referred to as measuring spot
  • the thickness of the coverage based on the area of the measuring area or measuring spot e.g. in the order of a few cm 2
  • This is important insofar as the occupancy within the measuring area can certainly have a varying thickness locally.
  • the LIF measurement is used to determine a measure for the mass or for the mean mass of the occupancy based on the area (weight per unit area) from the intensity of the fluorescence radiation emitted by the measuring area, which is detected by the detector.
  • a LIF measurement method in particular the time-resolved or time-integrated recording of the fluorescence radiation in at least two measurement windows, is described in detail in DE 195 07 119 C2 mentioned at the outset, the disclosure of which is hereby fully incorporated by reference.
  • Preferred wavelengths of the light pulse used for the fluorescence measurement are in the range of, for example, 355 nm or also 405 nm or less, for example UV light in the range of up to 266 nm or 213 nm, but without being restricted to this.
  • a laser for example, can be used for fluorescence excitation, without being restricted to this.
  • Pulsed flash lamps e.g. xenon
  • special UV LEDs can be used as alternative light sources.
  • a UV microchip laser or a pulsed UV laser diode can also be used advantageously.
  • the detector used to detect the fluorescence radiation can example, a photomultiplier with regard to the wavelength range to be detected ge suitable type, z. B. a tube photomultiplier or semiconductor chip photomultiplier (Si photomultiplier), be, without being limited thereto.
  • a measure for the thickness or for the average thickness of the coating is determined from the intensity of the IR radiation first and second wavelengths detected by the IR detector (s).
  • the Lambert-Beer law can be used for this in a well-known manner. According to this, the following applies:
  • I 10 * exp (-A * d), where I is the backscattered intensity, 10 is the original intensity, A is a constant under defined conditions (product of molar extinction coefficient and substance concentration) and d corresponds to the layer thickness of the coating.
  • IR radiation sources can be used which generate IR radiation with a well-defined wavelength, i. H. with a narrow spectrum, produce, for example, so-called MIR-LEDs (“mid infrared” LED).
  • a preferred wavelength of the IR radiation of the first wavelength can be, for example, 3.5 ⁇ m, a preferred wavelength of the IR radiation of the second wavelength.
  • the first wavelength of the IR radiation is selected so that it lies in the absorption range of the illuminated substance to be detected, whereas the second wavelength of the IR radiation is so it is chosen that it lies in a non-absorption area of the illuminated substance to be detected and no other substances (e.g.
  • IR radiation sources with broadband generating IR radiation can be dispensed with ei MIR-LEDs mentioned by way of example can therefore be dispensed with moving mechanical components, but without being restricted to them.
  • narrow-band MIR radiation sources instead of narrow-band MIR radiation sources, broad-band IR radiation sources, each with an upstream fixed band-pass filter, can be used for wavelength selection in the excitation. Special IR laser diodes or laser radiation sources in the required IR wavelength range can also be used.
  • the measurement area can in any case be illuminated with narrow-band IR radiation of the first and / or second wavelength, so that in front of the IR detector there is no longer any need to select wavelengths for the necessary spectral ranges (inside or outside the absorption range of the substance to be illuminated) .
  • the measurement area can also be illuminated by broadband IR radiation and a wavelength selection can only be carried out in front of the IR detector, for example by means of a Movable (e.g. rotatable) filter wheel on which the appropriate filter for the desired wavelength selection (inside or outside the absorption area of the substance to be illuminated) is attached.
  • the wavelength selection can also take place in that several IR detectors of the same type are used, with the respective IR detectors being assigned a correspondingly upstream bandpass filter.
  • the method according to the invention combines the backscatter measurement with an additional RS radiation of a predetermined wavelength, which is preferably generated by a separate, additional RS radiation source, so that the intensity of the backscattered diffusely from the measurement area during the lighting RS radiation can be used as a correction or compensation measured variable in order to correct the surface occupancy measurements obtained by the LIF and / or IR measurement accordingly.
  • a preferred wavelength of the RS radiation used in the RS backscatter measurement can, for example, be in the range of approximately 405 nm, but without being restricted to this.
  • a very sensitive, exact quantitative detection or determination of the surface coverage (e.g. oil layer) on the substrate can be achieved with regard to the measurement accuracy, which is no longer or at most only to a small extent due to the roughness, texture, etc. of the substrate and macroscopic structures of the substance on the substrate, for example (oil) droplets, hotmelt structures and the like, is influenced or falsified, since now with the additional backscatter measurement, among other things indications of such macroscopic structures of the substance on the substrate can also be recognized. If it is provided that a first surface coverage determined in method step a is corrected with measurement results from method step b, possible effects or influences on the measurement results resulting from oil mixing can also be corrected.
  • the method according to the invention creates the fundamental possibility of compensating for the different and sometimes contradicting influencing variables of the LIF and IR measurement, which derive from their respective chemical / physical requirements.
  • the method according to the invention therefore makes it possible to reliably detect a wide variety of substances on different substrates and to determine them quantitatively precisely on the substrate and thus ensure robust use that is essentially not influenced by disturbance variables that usually falsify the measurement result.
  • the method according to the invention can also be used flexibly.
  • a correction or compensation or a plausibility check of the LIF and IR measured values with one another is also possible in order to obtain the overall measurement result of the method according to the invention to improve further. If, for example, the IR measurement provides correct results compared to a target value, but the values of the LIF measurement fluctuate or deviate significantly, there may be an oil mixture that can be displayed to a user as a warning or can already be used as a correction value .
  • the RS radiation diffusely backscattered during the backscatter measurement is detected in step c with the same detector as the fluorescence radiation in step a, i.e. with the LIF detector.
  • the wavelength of the RS radiation used in the backscatter measurement in step c is here adapted to the detection wavelength range of the LIF detector used in the fluorescence measurement in step a.
  • the RS radiation is essentially generated in such a narrow band that when the measurement area is illuminated it does not generate any fluorescence as in step a, which would then also be detected by the LIF detector in addition to the RS radiation diffusely backscattered from the measurement area.
  • the wavelength of the RS radiation used in the backscatter measurement can be in the maximum of the detection range of the LIF detector, but without being restricted to this.
  • An advantageous development of the subject matter of the invention provides that the detection of the backscattered IR radiation in step b and / or the detection of the backscattered RS radiation in step c is / are used to detect an edge of the substrate, for example in the case the use of planar extended, bordered substrates such as metal sheets, metal strips and the like for strip edge detection.
  • the diffuse backscattering of the IR / RS radiation only takes place if the substrate is actually present and is illuminated accordingly by the IR / RS radiation.
  • the current radiation intensity of the RS radiation used in the backscatter measurement in step c is monitored and dynamically adapted to a predetermined target value and / or the measured values are normalized to the current radiation intensity in order to obtain as constant measurement signals as possible and the associated consistent To ensure measuring results.
  • An RS radiation source generating the RS radiation can therefore be controlled or regulated (at least in terms of its radiation intensity), the RS radiation source and the monitoring and control device being embodied in a single compact component, without being restricted to this to be.
  • the measurement area is illuminated in step b with the IR radiation of the first wavelength from at least two different spatial directions and / or the measurement area in step b is illuminated with the IR radiation of the second wavelength from at least two different spatial directions.
  • two IR radiation sources for generating the IR radiation of the first wavelength can be provided for this purpose, which are spatially arranged differently with respect to their emission direction.
  • Two IR radiation sources for generating the IR radiation of second Wel length can be arranged accordingly differently in the room. All IR radiation sources are spatially aligned in such a way that they always illuminate essentially the same measurement area or measurement spot on the substrate, that is to say are essentially aligned with one and the same measurement location.
  • the lighting of the measurement area with the IR radiation of the same wavelength from un different spatial directions enables in a particularly advantageous manner the elimination or reduction of influences that can be caused by unevenness or curvature of the substrate at the location of the measurement area.
  • a further advantageous reduction of the influences due to curvature or unevenness of the substrate is achieved according to a further embodiment of the invention in that the illumination of the measurement area in step b with the IR radiation of the first wavelength takes place simultaneously from different spatial directions and / or the illumination of the Measurement area in step b is carried out simultaneously with the IR radiation of the second wavelength from different spatial directions.
  • the spatial alignment of the IR radiation sources is always selected so that they essentially illuminate the same measurement spot on the substrate.
  • a further improvement is achieved if the illumination of the measurement area in step b with the IR radiation of the first wavelength and the illumination of the measurement area in step b with the IR radiation of the second wavelength according to a further advantageous embodiment of the invention in adjacent or to each other spaced time intervals is performed.
  • the illuminations of the - in particular the same - measurement area with the IR radiation of the first and second wavelengths are not carried out simultaneously (also not overlapping), but time-shifted, with a special lighting sequence with the first or second wavelength not being mandatory.
  • the measurement area can be illuminated in step b with the IR radiation of the first wavelength and the measurement area can be illuminated in step b with the IR radiation of the second wavelength from different spatial directions.
  • the light paths of the IR radiation of the first wavelength and the IR radiation of the second wavelength can be aligned in an essentially intersecting arrangement, which further improves the elimination of influences from substrate curvature or unevenness.
  • the IR radiation of the first and second wavelength is detected in step b with a single IR detector.
  • the IR detector is selected in such a way that its detection wavelength range contains the first wavelength and the second wavelength of the respective IR radiation.
  • a zero measurement variable is determined by detecting the zero measurement signal output by the IR detector (s) under this operating condition.
  • the detection of the respective backscattered IR radiation when illuminating the measurement area is corrected in step b on the basis of the determined zero measured variable.
  • the zero signal represents, among other things, the ambient light detected by the IR detector or the background signal scattered back from the substrate.
  • offset and dark currents of the IR detector (s) in cooperation with amplifiers used for amplification, also influence the zero signal. Such influences are then also corrected during the measurement in step b.
  • an ambient light measurement variable can also be determined by detecting the measurement signal output by the LIF detector under this operating condition the detection of the fluorescence radiation emitted from the measurement area in step a and the detection of the RS radiation backscattered from the measurement area in step c being corrected on the basis of the determined ambient light measurement variable.
  • the output intensity of the IR radiation of the first wavelength used in step b to illuminate the measurement area is determined and / or by decoupling part of this IR radiation before it hits the measurement area and directing it to an IR intensity detector
  • the output intensity of the IR radiation of the second wavelength used in step b to illuminate the measurement area is determined by decoupling part of this IR radiation before it hits the measurement area and directing it to the aforementioned IR intensity detector or another IR intensity detector.
  • the IR intensity detector can be preferably an IR photodiode, for example similar or identical to the IR detector for detecting the IR radiation of the first or second wavelength in step b.
  • the output intensity of the IR radiation of the first and second wavelength is particularly preferably detected with a single IR intensity detector.
  • beam splitters for example, can be arranged in the light path of the respective IR radiation, which couple out part of the respective IR radiation and direct it onto the IR intensity detector.
  • the determination of the thickness of the substance coating on the substrate can then be precisely determined on the basis of the Lambert-Beer law as a function of the actual output intensity of the IR radiation.
  • the current radiation intensity of the IR radiation of the first and / or second wavelength used in step b is dynamically adapted to a predetermined target value, that is to say is controlled or regulated.
  • a predetermined target value that is to say is controlled or regulated.
  • the above-described detection of the output intensity of the IR radiation can be used, so that an additional monitoring device for the IR radiation intensity can be dispensed with.
  • the current radiation intensity of the light pulse used in step a is monitored and dynamically adapted to a predetermined target value, i.e. controlled or regulated and / or the measured values normalized to the current radiation intensity.
  • a predetermined target value i.e. controlled or regulated and / or the measured values normalized to the current radiation intensity.
  • an advantageous development of the inventive subject provides that an operating temperature of at least the IR radiation generating and / or the IR radiation detecting and / or electronically controlling components is kept constant at a predetermined temperature with a temperature control device.
  • The tempering can include both cooling and heating.
  • Thermoelectric devices for example Peltier elements, are particularly preferred as the temperature control device.
  • the detection of an instantaneous operating temperature of the component (s) to be cooled or heated can take place, for example, via a thermistor. On this basis, a corresponding control device controls the cooling / heating output to be generated by the temperature control device.
  • the temperature control device can basically keep the entire unit at a certain temperature.
  • individual components, in particular each radiation source and / or each radiation detector, are preferably kept separately at a specific temperature because the optical output power or the sensitivity can be adjusted in each case.
  • Yet another advantageous embodiment of the invention provides that the light path of the light pulse in step a and / or the light path of the IR radiation in step b and / or the light path of the RS radiation in step c is kept free of contaminants with compressed air.
  • the compressed air is preferably filtered before it is used and freed from oil residues, humidity and the like. This avoids falsification of the detection results due to contamination or also due to vapors, moisture or mist in the respective light path.
  • steps b, c and d are not determined or restricted by the preceding description. According to a preferred embodiment of the invention, however, steps a, b and c are carried out one after the other in the specific order a, c and b.
  • an advantageous embodiment of the invention provides that steps a, b, c and d are repeated at a frequency that corresponds to a cycle of an LIF radiation source generating the light pulse in step a, in particular with a cycle frequency in the kHz range , for example in the range of 8-12 kHz and particularly preferably 10-11 kHz.
  • Clock frequencies greater than 11 kHz reduce the time available for the measurements in steps b and c between two light pulses in step a so that the aforementioned measurements can no longer be carried out sufficiently comprehensively and consequently the quality of the measurement result is unfavorable being affected.
  • Smaller clock frequencies than 8 kHz have become due to a lower measuring rate with The associated larger measurement fluctuations (lower time averaging) also proved to be disadvantageous.
  • steps a, b, c and d are carried out repeatedly at a predetermined frequency while the substrate is moved in a feed direction and the measurement area is shifted in a transverse direction transverse to the feed direction, a speed of the Substrate in the feed direction is selected greater than or equal to a maximum speed of the displacement of the measuring range in the transverse direction.
  • the repetition frequency can be, for example, the clock frequency of the LIF radiation source mentioned above, without being restricted to this.
  • the displacement of the measuring range of this embodiment leads to an essentially continuous measuring track that meanders over the substrate, essentially sinusoidal or wave-shaped, running back and forth.
  • the measuring track runs essentially at an angle greater than or equal to 45 ° with respect to the transverse direction running transversely to the feed direction of the substrate.
  • the substrate can be conveyed at a relatively high feed rate, with a sufficiently accurate test of the coverage of the substrate with the substance.
  • the present invention is not limited to the aforementioned information on the feed rate of the substrate or the displacement speed of the measurement area in the transverse direction running transversely to the feed direction.
  • the speed of displacement of the measurement area can also be greater than the speed of advance of the substrate.
  • a measuring device for the quantitative detection of a surface coverage of a substance at least partially covering a substrate :
  • a LIF radiation source for generating a light pulse predetermined wavelength, wherein the LIF radiation source is set up and angeord net to illuminate a measurement area on the substrate with the light pulse,
  • a LIF detector which is set up and arranged, a fluorescence radiation emitted from the measurement area for carrying out a to detect time-resolved, light-induced fluorescence measurement (also referred to herein as LIF measurement) in order to determine a first surface coverage of the substance on the substrate,
  • At least one IR radiation source for generating an IR radiation in front of a predetermined first wavelength, which is in an absorption range of the substance to be detected, and / or for generating an IR radiation of a predetermined second wavelength, which is in a non-absorption range of the substance to be detected lies, wherein the IR radiation source is set up and arranged to illuminate the measurement area on the substrate with the IR radiation of the first and / or second wavelength,
  • At least one IR detector which is set up and arranged, the IR radiation of the first wavelength diffusely backscattered from the measurement area during the illumination with the IR radiation source and / or the IR radiation of the second wavelength diffusely backscattered from the measurement area for the implementation of an infrared -To detect absorption measurement (also referred to herein as IR measurement) in order to determine a second degree of surface coverage of the substance on the substrate,
  • An RS radiation source for generating RS radiation of a predetermined wavelength, the RS radiation source being set up and arranged to illuminate the measurement area on the substrate with the RS radiation, and
  • An RS detector which is set up and arranged to detect the RS radiation diffusely backscattered by the RS radiation source during the illumination with the RS radiation source in order to carry out a backscatter measurement (also referred to as RS measurement here) in order to make a correction to determine the measured variable, on the basis of which the first and / or second surface occupancy measure can be corrected.
  • a single IR radiation source can be used, for example, which generates a broad band-ended IR radiation.
  • a wavelength selection for the first and / or second wavelength can be carried out before illuminating the measurement area, for example by means of a movable (e.g. rotatable) filter wheel on the corresponding filter for the desired wavelength selection (inside or outside the Absorption area of the substance to be illuminated) are attached.
  • a wavelength selection can also take place before the IR detector (e.g. also with a movable / rotating filter wheel) in order to determine the first and / or second IR radiation diffusely reflected from the measuring area Perform wavelength.
  • the wavelength selection can also take place in that several IR detectors of the same type are used, with the respective IR detectors being assigned a correspondingly upstream bandpass filter.
  • IR radiation sources that generate IR radiation with a well-defined wavelength, ie with a narrow spectrum, for example so-called MIR LEDs (“mid infrared” LED). Then there would be a first IR Radiation source an IR radiation source generating the IR radiation with the first wavelength and a second IR radiation source an IR radiation source generating the IR radiation with the second wavelength.
  • MIR LEDs mid infrared LED
  • two IR radiation sources could be used, each one of the two desired wavelengths is generated that illuminate the measurement area and whose diffuse reflection is correspondingly from the at least one IR Detector can be detected.
  • a special wavelength selection is not necessary either after the IR radiation source or in front of the IR detector.
  • broadband IR radiation sources can also be used, each with a fixed bandpass filter connected upstream for wavelength selection in the excitation.
  • special IR laser diodes or laser radiation sources can be used in the required IR wavelength range. In this case, too, a special wavelength selection in front of the at least one IR detector is no longer required.
  • an advantageous development of the invention provides that at least one first IR radiation source for generating the IR radiation of the first wavelength is provided and arranged to illuminate the measurement area with the IR radiation of the first wavelength and at least one second IR radiation source for generating the IR radiation of the second wavelength is provided and arranged to illuminate the measurement area with the IR radiation of the second wavelength.
  • the RS detector for detecting the RS radiation diffusely backscattered from the measuring area and the LIF detector for detecting the fluorescent radiation emitted by the measuring area are identical.
  • both detectors are embodied by a single real detector, which simplifies the construction of the measuring device and makes it more compact.
  • the RS radiation source has a monitoring means for monitoring the current radiation intensity of the RS radiation generated by it, the RS radiation source being set up to dynamically reduce the intensity of the RS radiation generated Adjust the setpoint, that is, to control or regulate.
  • the RS radiation source and the monitoring and control device can be embodied in a single component without restriction.
  • an advantageous further development of the subject matter according to the invention provides that at least two first IR radiation sources are provided and arranged, the measuring range with the IR radiation of the first wavelength from at least two to illuminate different spatial directions and at least two second IR radiation sources are provided and arranged to illuminate the measurement area with the IR radiation of the second wavelength from at least two different spatial directions. It is particularly preferred here that the measurement area is illuminated with the IR radiation of the first wavelength from different spatial directions simultaneously and the measurement area is illuminated with the IR radiation of the second wavelength from different spatial directions at the same time, but without being restricted to this.
  • the illumination of the measurement area with the IR radiation of the first wavelength and the illumination of the measurement area with the IR radiation of the second wavelength are preferably carried out in adjacent or spaced-apart time intervals, that is, staggered in time and not overlapping.
  • the at least one first IR radiation source and the at least one second IR radiation source are arranged in such a way that the measurement area can be illuminated with the IR radiation of the first and second wavelength from two different spatial directions, so the The influence of curvatures and unevenness of the illuminated substrate on the measurement result can be completely eliminated or at least reduced to a negligible level.
  • the two first IR radiation sources and the two second radiation sources are arranged in such a way that one IR radiation source is placed in each corner of an imaginary, all IR radiation Radiation sources surrounding the rectangle is arranged and the two first IR radiation sources are diametrically opposed to each other and the two second IR radiation sources are diametrically opposed.
  • the light paths of the IR radiation of the first wavelength and the light paths of the IR radiation of the second wavelength run in a geometrically essentially intersecting direction.
  • the IR radiation sources for generating the IR radiation of the first wavelength and the IR radiation sources for generating the IR radiation of the second wavelength are preferably not operated simultaneously, but they illuminate the measuring area one after the other.
  • the IR radiation sources for generating the IR radiation of the same wavelength are preferably activated at the same time To illuminate the measuring area at the same time. In this way, both redundant detection of the IR radiation of the same wavelength and the elimination or at least reduction of influences due to unevenness or bulges in the substrate are made possible.
  • the IR radiation sources are spatially aligned in such a way that they always illuminate essentially the same measurement area or measurement spot on the substrate, that is to say essentially are aligned with one and the same measurement location.
  • the measuring device can, according to a further embodiment, have a single IR detector for detecting the IR radiation of the first and second wavelength.
  • the sensitivity range of this IR detector contains the first wavelength and the second wavelength of the respective IR radiation.
  • the IR detector is arranged in such a way that it can capture the diffuse backscattering of all IR light sources from a defined measurement spot or measurement area.
  • a beam splitter is arranged in the light path of the IR radiation generated by the at least one IR radiation source, which decouples part of the IR radiation generated before it hits the measurement area and directs it to an IR intensity detector, to determine the output intensity of the IR radiation from the radiation source.
  • a beam splitter is preferably arranged in the light path of both IR radiation sources to determine the output intensity of the respective IR radiation of the first and second wavelength to be determined by means of the IR intensity detector.
  • At least one IR radiation source is set up to dynamically adapt the intensity of the IR radiation generated to a target value.
  • the LIF radiation source has a monitoring means for monitoring the current radiation intensity of the light pulse it generates, the LIF radiation source being set up to reflect the intensity of the light pulse generated dynamically adapt to a target value and / or normalize the measured values to the current radiation intensity.
  • the LIF radiation source and the monitoring and control device can be embodied in a single, compact component, without being restricted to this.
  • the measuring device has at least one temperature control device which is set up and arranged to keep the operating temperature of at least the IR radiation generating and / or the IR radiation detecting and / or electronically controlling components constant to a predetermined one Keep temperature.
  • the Temperierein direction can be a thermoelectric converter, for. B. a Peltier element.
  • a thermistor can be used to record the temperature for temperature control.
  • a temperature of the components mentioned that is kept constant during operation ensures largely constant measurement signals with consistent, accurate measurement results.
  • the temperature control device which in principle can be set up for cooling and / or heating, can basically keep all of the individual components at a certain temperature.
  • individual components in particular each radiation source and / or each radiation detector, are preferably kept separately at a specific temperature, because the optical output power or the sensitivity can also be set via this.
  • the LIF radiation source preferably generates light pulses in the wavelength range such as 355 nm but also 405 nm or smaller, for example in the UV range with 266 nm or 213 nm, without being restricted to this.
  • the LIF detector for detecting the fluorescence radiation is preferably designed as a photomultiplier, for example - but without being restricted to this - as a tube photomultiplier or semiconductor chip photomultiplier (Si photomultiplier).
  • the RS radiation source is used to generate the RS radiation used for the backscatter measurement LED is designed and the RS detector for detecting the diffuse backscattered RS radiation is designed as a photodiode.
  • the emission wavelength of the RS radiation source is particularly preferably selected such that it is included in the detection wavelength range (e.g. in the maximum of the detection range) of the LIF detector used to detect the fluorescence radiation, in order to advantageously have a separate, additional detector for detecting the RS -Radiation to be saved.
  • the emission wavelength of the RS radiation source can be, for example, 405 nm or less. Such wavelengths are particularly suitable for measuring the oil layer on metal sheets / strips.
  • the at least one IR radiation source for generating the IR radiation is designed as a MIR LED and the IR detector for detecting the diffusely backscattered IR radiation is designed as a MIR photodiode.
  • the IR detector for detecting the diffusely backscattered IR radiation is designed as a MIR photodiode.
  • an emission wavelength of the IR radiation of the first wavelength for example, an emission wavelength of 3.5 pm can be selected, an emission wavelength of the IR radiation of the second wavelength, for example, of 2.3 pm.
  • the IR detector e.g. MIR photodiode
  • no further wavelength selection has to be made on the IR detector.
  • the sensitivity range of the IR detector e.g.
  • the photodiode is matched to the IR radiation of the IR radiation source (s) used and is normally not (significantly) influenced by the general ambient light.
  • the background signal can also be automatically recorded by an additional measurement of the zero signal from the IR detectors (e.g. photodiode), for example before the IR radiation source (s) is switched on, and the background signal can then be corrected by the IR detectors output measurement signal can be used.
  • the IR intensity detector is designed as an MIR photodiode for determining the output intensity of the IR radiation generated by the at least one IR radiation source.
  • the LIF radiation source generates the light pulse with a clock frequency in the kHz range, preferably in a range of 8-12 kHz and particularly preferably in the range of 10-11 kHz.
  • a compressed air guide device is provided, which is set up and arranged, the light path of the light pulse and / or the light path of the IR radiation of the at least one IR radiation source and / or the light path of the RS radiation of the RS To keep the radiation source free of contamination with compressed air.
  • LIF measurement LIF measurement, IR measurement, RS measurement
  • the light paths of the three different measuring methods are each suitably cleaned, preferably with oil-free, dehumidified, filtered compressed air, in particular of vapors, moisture or the like - the mists are kept free.
  • LIF radiation source, LIF detector, IR radiation source, IR detector, RS radiation source, RS detector are combined as a structural unit in a measuring head, for example in the case of automated inline operation of the measuring head, i.e.
  • At least the at least one IR radiation source, the at least one IR detector and the RS radiation source are included as a structural unit in a measuring head, the IR radiation source and the LIF detector via respective fiber optic bundles are connected to the measuring head in a radiation-transmitting manner.
  • the LIF radiation source and the LIF detector can be arranged remotely from the measuring head, for example in a control cabinet of the measuring device.
  • the LIF radiation source and / or the LIF detector can also be accommodated in the measuring head.
  • FIG. 1 shows a side view and a bottom view of an embodiment of a measuring device according to the invention
  • Fig. 2 is a perspective view obliquely from above on awhosbei game of a measuring head of the measuring device from Fig. 1,
  • FIG. 3 shows two pulse diagrams to explain a time sequence of different measurement methods in an embodiment of a method for determining a degree of surface coverage of a substance according to the invention and which at least partially covers a substrate
  • FIG. 4 shows several pulse diagrams to explain a time sequence of several method steps of the method from FIG. 3.
  • Fig. 1 shows schematically a side view (a) and a bottom view (b) of an embodiment of a measuring device 1 according to the invention.
  • the measuring device 1 has a measuring head or a plurality of measuring heads 2, 2 '.
  • An exemplary arrangement of the measuring head 2 below a substrate 3 is shown in FIG.
  • the dashed representation of the measuring head 2 ' represents a likewise possible arrangement of the measuring head above the substrate 3.
  • the specific arrangement of the measuring head 2, 2' can be selected depending on the application.
  • the substrate 3 can for example be a substrate tape.
  • the measuring head 2, 2 ' is connected to a switchgear cabinet 30 via glass fiber bundles 31 (and / or energy supply and / or control lines not shown), as will be explained in more detail below will.
  • the substrate 3 can be moved in a feed or transport direction 4 during the measuring process carried out with the measuring head 2, 2 ′.
  • the substrate 3 can also be stationary, that is to say stationary, while the measuring process is being carried out.
  • a transverse direction running transversely to the feed direction 4 is identified in FIG. 1 with the reference symbol 32.
  • the measuring head 2, 2 ′ can be attached to a traversing device (not shown) and can be traversed over the substrate 3 in the transverse direction 32 during the measuring process.
  • a meandering, wave-like measuring range 5 (also measuring track) on the substrate 3 results for the entire measuring process.
  • the measuring device 1 shown in FIG Measuring head 2, 2 ' is selected in transverse direction 31, so that the mean measuring range 5, the measuring track over a large part of the transverse direction 31 of the substrate 3 has an angle to the transverse direction 31 greater than or equal to 45, as can be seen in FIG.
  • the measuring head 2, 2 ' can also be stationary while a measuring process is being carried out and thus illuminate a relatively locally limited measuring area 5', as is also shown by way of example in FIG.
  • the measuring head 2, 2 ′ can also be placed purely manually by an operator in order to determine a surface coverage of the substrate 3.
  • the traversing movement of the measuring head 2, 2 ' can also be used to position it laterally next to the substrate 3 (e.g. substrate tape) in order to measure comparison or reference samples there on a special sample holder (not shown) (sample drawer) to be able to.
  • substrate 3 e.g. substrate tape
  • sample drawer sample drawer
  • the substrate 3 has a surface covering of a substance 6, 6 ', with the substance 6 in FIG
  • the underside of the substrate 3 is arranged and the substance 6 'is arranged, for example, on an upper side of the substrate 3.
  • the substance 6 ' is arranged, for example, on an upper side of the substrate 3.
  • the substrate 3 in the example shown is an extensive substrate, in the present case in particular a metal sheet or metal strip, without being restricted to this.
  • the substance 6, 6 ' is a hydrocarbon-containing substance that has unsaturated chemical bond structures, for example an oil or lubricant, without however being restricted thereto.
  • FIG. 2 shows a perspective view obliquely from above of the measuring head 2 of the measuring device 1 from FIG. 1.
  • the measuring device 1 is used for the quantitative detection of the surface coverage of the substance 6 covering the substrate 3.
  • the LIF radiation source 7 is not arranged in the measuring head 2 itself, but rather accommodated in the switch cabinet 30 of the measuring device 1.
  • the light pulse generated by the LIF radiation source 7 is passed via appropriately arranged glass fiber bundles 31 into the measuring head 2, where an optical system (not shown) directs the light pulse onto the measuring area 5, 5 '.
  • the LIF radiation source 7 is thus set up and arranged to illuminate the measurement area 6 or 6 'on the substrate 3 with the light pulse.
  • the measuring device 1 has a LIF detector 8 assigned to the LIF radiation source 7, which in the exemplary embodiment shown is also arranged in the cabinet 30 and not in the measuring head 2 itself also transmitted via a fiber optic bundle 31 from the measuring head 2 to the LIF detector 8.
  • the LIF detector 8 is set up and arranged, a fluorescence radiation emitted from the measuring area 5, 5 'for performing a time-resolved, to detect light-induced fluorescence measurement (LIF measurement).
  • a first surface coverage, in particular a surface weight, of the substance 6, 6 'on the substrate 3 is determined from the LIF measurement.
  • the LIF radiation source 7 and / or the LIF detector 8 can also be accommodated directly in the measuring head 2, as shown in FIG. 2 with the corresponding reference numerals 7, 8 in brackets and the dashed reference symbol line should be indicated.
  • the measuring head 2 shown in Fig. 2 are two first IR radiation sources 9 for generating an IR radiation of the first wavelength, in this case 3.5 ⁇ m, and two second IR radiation sources 10 for generating an IR radiation of a second wavelength, in this case 2, 3 pm. All IR radiation sources 9 and 10 in the exemplary measuring head 2 are designed as MIR LEDs. Both first and second IR radiation sources 9, 10 are each set up and arranged to illuminate the measurement area 5, 5 'on the substrate 3 with the IR radiation of the first or second wavelength.
  • the measuring head 2 shown in Fig. 2 has a single IR detector 11, in the present case formed by a MIR photodiode, which is set up and arranged at the measuring area 5, 5 'during the illumination with the first IR radiation source 9 and during the illumination with the second IR radiation source 10 to detect diffusely backscattered IR radiation of the first or second wavelength for performing an infrared absorption measurement (IR measurement) in order to obtain a second surface coverage, in particular a thickness of the coverage at the location of the measurement area 5, 5 ', the substance 6, 6' on the substrate 3 to be determined.
  • IR measurement infrared absorption measurement
  • the first wavelength is selected such that the IR radiation of the first wavelength is absorbed by the substance 6, 6 'to be detected
  • the second wavelength is selected such that the IR radiation of the second wavelength is absorbed by the substance 6, 6 to be detected. 6 'is not absorbed, but is essentially backscattered by the underlying substrate 6, 6'.
  • the special arrangement of the total of four IR radiation sources 9 and 10 can also be seen.
  • the two first IR radiation sources 9 and the two second radiation sources 10 are present in each corner of one of the four IR radiation Radiation sources 9 and 10 surrounding (imaginary) quadrilateral (viewed from above onto the measuring head 2) are arranged.
  • the two first IR radiation sources 9 are diametrically opposite each other and the two second IR radiation sources 10 are diametrically opposite, so that the light paths of the first wavelength IR radiation generated by the first IR radiation sources 9 are the light paths of the second IR Radiation sources 10 generated IR radiation of the second wavelength are aligned in a crossing arrangement.
  • the measurement area 5, 5 is illuminated both by the IR radiation of the same wavelength and by the IR radiation of different wavelengths, each from a different spatial direction. All IR radiation sources 9 and 10 illuminate the same measuring spot.
  • the measuring head 2 in FIG. 2 has an additional RS radiation source 12, in the present case formed by an LED, for generating RS radiation.
  • the emission wavelength of the RS radiation source 12 is preferably always matched to the detection wavelength range of the LIF detector 8 used to detect the fluorescence radiation.
  • the emission wavelength of the RS radiation source 12 is 405 nm, for example.
  • the RS radiation source 12 is set up and arranged to illuminate the measuring area 5, 5 'on the substrate 3 with the RS radiation.
  • an RS detector which is set up and arranged to detect the RS radiation diffusely backscattered from the measuring area 5, 5 'during the lighting for carrying out a backscatter measurement in order to determine a corrective measurement variable, on the basis of which the first and the second Surface coverage can be corrected
  • the LIF detector 8 of the LIF measurement is provided in the present case in a particularly advantageous manner.
  • the exemplary embodiment of the measuring head 2 shown in FIG. 2 furthermore has a total of four beam splitters 13, three of which can be seen in FIG. 2.
  • Each beam splitter 13 is arranged in the light path of the IR radiation of the first or second wavelength generated by the corresponding IR radiation source 9 or 10 and couples part of the IR radiation generated before it hits the measurement area 5, 5 ' .
  • the respectively decoupled part of the IR radiation of the first and second wavelength is of the corresponding Beam splitter 13 is directed onto a single IR intensity detector 14, in the present case designed as a MIR photodiode, in order to determine the instantaneous output intensity 10 of the IR radiation generated by all IR radiation sources 9 and 10.
  • the thickness of the covering of the substrate 3 can be determined with the substance 6, 6 'in the measuring range 5, 5'.
  • the first and second IR radiation sources 9 and 10 are set up to dynamically adapt the intensity of the IR radiation of the first and second wavelength generated in each case to a nominal value.
  • a corresponding control device, not shown in FIG. 2, for controlling the IR radiation sources 9 and 10 is provided for this purpose.
  • the RS radiation source 12 and the LIF radiation source 7 are each provided with a monitoring means (not shown) for monitoring the current radiation intensity of the RS or LIF generated by each source -Light radiation provided.
  • the RS radiation source 12 and the LIF radiation source 7 are also each set up to dynamically adapt the intensity of their generated radiation to a target value, for which purpose a control device, not presented, is provided in each case.
  • the respective monitoring means and the respective control device are in the present case each combined in a single component.
  • FIG. 3 shows two pulse diagrams (a) and (b) to explain a time sequence of the different measurement methods, that is, LIF measurement, IR absorption measurement and reflection measurement (RS measurement), in an exemplary embodiment of one carried out with the measuring device 1 Method for determining the two surface coverage dimensions of the substrate 3 occupy the substance 6, 6 'according to the invention.
  • LIF measurement LIF measurement
  • IR absorption measurement and reflection measurement RS measurement
  • FIG. 3a A time sequence of a known LIF measurement is shown in FIG. 3a.
  • a light pulse 15 has been generated by the LIF radiation source 7
  • a predetermined trigger delay 16 in a first Time window 17 and a second time window 18 spaced apart from the first time window 17
  • both background signals 19 pulse shape or decay curve
  • a useful signal 20 essentially dependent on the substance 6, 6 'covering the substrate 3 as part of the time-integrated, light-in
  • the measured fluorescence measurement is detected and the first surface coverage (e.g. weight per unit area) of the substance 6, 6 'is determined from this.
  • an ambient light measurement variable is additionally present by detecting the ambient light output by the LIF detector 8 Measurement signal 23 in the third time window 21 is determined, which is used to correct the measurement signal caused by the fluorescence radiation that is emitted during the LIF measurement from the measurement area 5, 5 'and detected by the LIF detector 8.
  • the detection, to be determined in step c, of the RS radiation diffusely backscattered from the measurement area 5, 5 ′ is also corrected on the basis of this determined ambient light measurement variable.
  • Fig. 3b it is shown that in the present embodiment of the detection method between a regular repetition of two light pulses 15, in this case with a clock frequency of 10 kHz, a further time window 24 for performing the backscatter measurement after each individual fluorescence measurement (LIF measurement) inserted is.
  • a period of time 25 of approximately 70 ps remains in which the infrared absorption measurement (IR measurement) is carried out in the present case.
  • FIG. 4 shows several pulse diagrams for explaining a time sequence of several method steps of the method from FIG. 3. The individual figures show:
  • Fig. 4a generating the light pulse 15 and illuminating the measuring areas 5, 5 ', Fig. 4b trigger delay 16,
  • FIG. 4i recording of the diffusely backscattered first IR absorption signal;
  • FIG. 4j activating the second IR radiation sources 10 and illuminating the measurement area 5, 5 ′ and
  • FIGS. 4a-e form the LIF measurement
  • FIGS. 4f-g the backscatter measurement (RS measurement)
  • FIGS. 4h-k the IR absorption measurement (IR measurement).
  • the measuring head 2 can then be moved to another measuring area 5, 5 ', where the entire steps are carried out again.
  • the measuring head 2 can also (preferably automatically) be traversed transversely to the feed direction 4 of the substrate 3 in the transverse direction 32, while the substrate 3 is also automatically transported in the feed direction 4.
  • the measuring process can then be carried out quasi continuously, so that the meandering measuring track 5 shown in FIG. 1b results.
  • the detection method according to the invention disclosed herein and the measuring device according to the invention disclosed herein are not limited to the embodiments disclosed herein, but also include other embodiments which have the same effect and which result from technically meaningful further combinations of the features of the detection method and the measuring device described herein.
  • the measuring device according to the invention is used to carry out the detection method according to the invention described herein in order to quantitatively detect a wide variety of substances, in particular their surface coverage on various substrates that are at least partially covered by the substance. It is particularly preferred that they are used for the detection of hydrocarbon-containing substances, for example oils, lubricants, anti-corrosion agents and the like, on metallic substrates, for example metal sheets, metal strips, etc., without, however, being limited thereto.
  • hydrocarbon-containing substances for example oils, lubricants, anti-corrosion agents and the like

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Abstract

Verfahren zum quantitativen Nachweis einer Oberflächenbelegung einer ein Substrat (3) wenigstens teilweise belegenden Substanz (6, 6'), aufweisend die Schritte: a. Bestimmen eines ersten Oberflächenbelegungsmaßes der Substanz (6, 6') auf dem Substrat (3) mittels einer zeitaufgelösten, lichtinduzierten Fluoreszenzmessung (LIF) durch Beleuchten eines Messbereichs (5, 5') auf dem Substrat (3) mit einem Lichtpuls (15) vorherbestimmter Wellenlänge und zeitlich aufgelöstes Detektieren einer vom Messbereich (5, 5') abgestrahlten Fluoreszenzstrahlung mit einem LIF-Detektor (8), b. Bestimmen eines zweiten Oberflächenbelegungsmaßes der Substanz (6, 6') auf dem Substrat (3) mittels einer Infrarot-Absorptionsmessung (IR) durch Beleuchten des Messbereichs (5, 5') auf dem Substrat (3) sowohl mit IR-Strahlung einer ersten Wellenlänge, die in einem Absorptionsbereich der nachzuweisenden Substanz (6, 6') liegt, als auch mit IR-Strahlung einer zweiten Wellenlänge, die in einem Nicht-Absorptionsbereich der nachzuweisenden Substanz (6, 6') liegt, und Detektieren der vom Messbereich (5, 5') diffus rückgestreuten IR-Strahlung erster und zweiter Wellenlänge mit wenigstens einem IR-Detektor (11), c. Bestimmen einer Korrekturmessgröße mittels einer Rückstreuungsmessung (RS) durch Beleuchten des Messbereichs (5, 5') auf dem Substrat (3) mit einer RS-Strahlung vorherbestimmter Wellenlänge und Detektieren der vom Messbereich (5, 5') während des Beleuchtens diffus rückgestreuten RS-Strahlung und d. Korrigieren der/des unter Schritt a und/oder Schritt b bestimmten Oberflächenbelegungsmaße/s auf der Grundlage der in Schritt c bestimmten Korrekturmessgröße. Die Erfindung betrifft ferner eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildete Messvorrichtung (1).

Description

Verfahren zum quantitativen Nachweis einer Oberflächenbelegung einer ein Substrat belegenden Substanz sowie Messvorrichtung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum quantitativen Nachweis einer Oberflächenbelegung einer ein Substrat wenigstens teilweise belegenden Substanz nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft ferner eine Messvor richtung zum quantitativen Nachweis einer Oberflächenbelegung einer ein Substrat wenigstens teilweise belegenden Substanz nach dem Oberbegriff des Anspruchs 22.
Im Allgemeinen können beispielsweise Metallbleche bei ihrer Verarbeitung, Bear beitung, Lagerung oder beim Transport einer Reihe von mechanischen Beanspru chungen oder äußeren Einflüssen (Temperaturschwankungen, Feuchtigkeit etc.) ausgesetzt sein. Um die Widerstandsfähigkeit von Metallblechen gegen derartige Beanspruchungen bzw. Einflüsse zu erhöhen, können die Bleche mit flüssigen Kor rosionsschutzölen (Prelubes) bzw. Schmierölen oder Trockenschmierstoffen (Hot- melts) beaufschlagt werden. Auch Trockenschmierstoffe können korrosionshem mende Eigenschaften aufweisen. Prelubes und Hotmelts können dahingehend dif ferenziert werden, dass Prelube-Öle bei Raumtemperatur flüssig sind, während Hotmelts bei Raumtemperatur einen festen bzw. cremigen Zustand einnehmen. Die genannten Schmiermittel können neben bestimmten Spezialeigenschaften (z. B. Korrosionsschutz) auch weitere Eigenschaften aufweisen und darauf abge stimmte Additive enthalten.
Korrosionsschutzöle werden insbesondere zum Korrosionsschutz von Metallble chen, beispielsweise Feinblechen, während ihrer Lagerung oder des Transports eingesetzt. Auch können derartige Öle die Metallbleche vor mechanischer Beschä digung (z. B. Kratzer) oder vor Reiboxidation schützen. Solche Öle können zudem die Umformung der Metallbleche im Presswerk unterstützen.
Häufig werden Metallbleche im Wege ihrer Fertigung einem Umform- oder Stanz prozess unterzogen. Dabei werden die Metallbleche, die u. a. auch in Form von Metallbändern vorliegen können, vor der Bearbeitung mit einem Schmiermittel be aufschlagt. Das aufgebrachte Schmiermittel vermindert die beim Umform- bzw. Stanzprozess entstehende Reibung. Beispielhaft sei auch auf die Möglichkeit von bei der Verarbeitung auftretenden Zugbelastungen hingewiesen, die zu einem Rei ßen des Metallblechs führen können. Um dieses Risiko zu verringern, können die Bleche mit einem Schmiermittel beaufschlagt werden.
Die Schmiermittelaufbringung bzw. Beölung von Metallblechen wird über soge nannte Beölungsmaschinen vollzogen. Bekannt sind insbesondere Kontaktbe- ölungsmaschinen und kontaktlose Beölungsmaschinen. Während Kontaktbe- ölungsmaschinen das Schmiermittel bzw. Öl über Walzen, beispielsweise Bürsten oder Filzwalzen, auf das Metallblech aufbringen, wird das Schmiermittel bei der kontaktlosen Schmiermittelaufbringung durch Aufsprühen auf das Metallblech auf gebracht.
Bei der Aufbringung des Schmiermittels ist es von entscheidender Bedeutung die Qualität der Schmiermittelbeaufschlagung auf dem Substrat bzw. Metallblech zu überprüfen. Wesentlich für eine hinreichende Schmiermittelaufbringung ist eine homogene Verteilung des Schmiermittels auf dem Metallblech ohne trockene Be reiche. Wünschenswert ist eine vollständige Schmiermittelaufbringung und die Vermeidung von nicht beaufschlagten (trockenen) Bereichen. Relevant sein kann zudem die Feststellung möglicher Vermischungen mit Fremdschmiermitteln. Ein Parameter, aus dem Informationen über eine homogene Schmiermittelverteilung abgeleitet werden kann, ist beispielsweise die Ölauflage, vorzugsweise angegeben in g/m2 (auch als Flächengewicht bezeichnet). Weiterhin spielt auch die Schicht dicke des Ölfilms bzw. die Schichtdickenverteilung eine entscheidende Rolle. Eine inhomogene Schichtdickenverteilung kann ein Indiz für unerwünschte Schmiermit telbeulen auf dem Metallblech sein. Je nach Anwendungsfall, können die Parameter variieren.
Zur Erfassung der Ölauflage, der Schichtdicke bzw. Schichtdickenverteilung, der Schmiermittelreinheit und zur Homogenität eines auf ein Metallblech aufgebrach ten Schmiermittels sind unterschiedliche Nachweismethoden bekannt. Neben einer visuellen Inspektion durch das menschliche Auge, eignen sich dazu beispielsweise spektroskopische und optische, insbesondere kamerabasierte, Analysemethoden. Als spektroskopische Methoden sind insbesondere die Fluoreszenzspektroskopie und die Infrarotspektroskopie von Relevanz. Fluoreszenzspektroskopische Mes sungen zeigen gegenüber der Infrarotspektroskopie Vorteile bei der Untersuchung von Metallblechen, die mit Schmiermitteltröpfchen beaufschlagt sind. Eine Vorab- Homogenisierung des Öl-Films ist zur Untersuchung mittels Fluoreszenzspektro skopie nicht erforderlich. Die Bestimmung der Beölungsdicke mittels Fluoreszenz spektroskopie ist schon seit längerem bekannt, beispielsweise aus der EP 1 287 310 Bl und der DE 10 2015 007 054 Al. In letzterer ist zudem die Mög lichkeit der Schichtdickenbestimmung im Zuge einer auf Infrarotspektroskopie ba sierenden Messung beschrieben.
Aus der DE 195 07 119 Al ist weiterhin ein laserinduziertes fluoreszenzspektro skopisches Messverfahren bekannt, mit dem Verunreinigungen in fluiden Syste men erfasst werden können. Die Verwendung der laserinduzierten Fluoreszenz spektroskopie ist auch bei der Untersuchung von mit Schmiermitteln beaufschlag ten Metalloberflächen bereits im industriellen Einsatz.
Des Weiteren ist in der DE 10 2018 110 931 B3 ein Verfahren sowie ein System zum Erfassen der Oberflächenbelegung einer Beschichtung auf einer Oberfläche eines bandförmigen Prüflings beschrieben. Der Prüfling, insbesondere ein Blech band, wird in einer Vorschubrichtung bewegt und mittels eines ersten Messverfah rens wird zeilenweise durch Bestrahlen mit einer elektromagnetischen Strahlung und Messen einer Intensität der reflektierten, zurückgestreuten oder abgestrahlten elektromagnetischen Strahlung ein Maß für die Oberflächenbelegung erfasst. Mit einem zweiten Messverfahren, das eine Infrarot-Absorptionsmessung, eine Rönt- genfluoreszensmessung oder eine laserinduzierte Plasmaspektroskopiemessung sein kann, wird eine Kalibrierungsmessung an einem Ort in der Messzeile durch geführt und das durch das erste Messverfahren bestimmte Maß der Oberflächen belegung kalibriert. Die Beschichtung kann ein Umformöl oder eine Korrosionsbe schichtung sein.
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zum quantitativen Nachweis einer Oberflächenbele gung einer ein Substrat wenigstens teilweise belegenden Substanz bereitzustellen, das in der Lage ist, unterschiedlichste Substanzen auf verschiedenen Substraten zuverlässig nachzuweisen und diese auf dem Substrat trotz verschiedener Störein flüsse auch quantitativ möglichst genau zu bestimmen. Insbesondere soll das Ver fahren für den Nachweis von Substanzen, wie beispielsweise Öl, Ölvermischungen und dergleichen, auch auf Oberflächen mit unterschiedlichen Oberflächenstruktu ren, Oberflächenrauigkeiten etc., verlässliche Ergebnisse liefern. Das Verfahren soll weiterhin für den jeweiligen konkreten Anwendungsfall, insbesondere hinsicht lich der konkret nachzuweisenden Substanz und/oder des die Substanz tragenden Substrats, stets einfach, schnell und ohne großen Aufwand anpassbar sein. Des Weiteren liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Messvorrichtung zum quantitativen Nachweis einer Oberflächenbelegung einer ein Substrat wenigstens teilweise belegenden Substanz mit im Wesentlichen densel ben oder ähnlichen vorteilhaften Eigenschaften bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch ein Nachweisverfahren mit den Merkmalen des An spruchs 1 sowie durch eine Messvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 22 gelöst. Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung offenbaren die jeweiligen Unteransprüche.
Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den Ansprüchen einzeln aufgeführten Merk male in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden kön nen (auch über Kategoriegrenzen, beispielsweise zwischen Verfahren und Vorrich tung, hinweg) und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschrei bung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammen hang mit den Figuren zusätzlich.
Es sei ferner darauf hingewiesen, dass eine hierin verwendete, zwischen zwei Merkmalen stehende und diese miteinander verknüpfende Konjunktion „und/oder" stets so auszulegen ist, dass in einer ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Gegenstands lediglich das erste Merkmal vorhanden sein kann, in einer zweiten Ausgestaltung lediglich das zweite Merkmal vorhanden sein kann und in einer drit ten Ausgestaltung sowohl das erste als auch das zweite Merkmal vorhanden sein können.
Erfindungsgemäß weist ein Verfahren zum quantitativen Nachweis einer Oberflä chenbelegung einer ein Substrat wenigstens teilweise belegenden Substanz we nigstens die Schritte auf: a. Bestimmen eines ersten Oberflächenbelegungsmaßes, zum Beispiel ein Flächengewicht der Oberflächenbelegung, der Substanz auf dem Substrat mittels einer zeitaufgelösten, lichtinduzierten Fluoreszenzmessung (hierin auch als LIF-Messung bezeichnet) durch Beleuchten eines Messbereichs auf dem Substrat mit einem Lichtpuls vorherbestimmter Wellenlänge und zeitlich aufgelöstes Detektieren einer vom Messbereich abgestrahlten Flu oreszenzstrahlung mit einem LIF-Detektor, b. Bestimmen eines zweiten Oberflächenbelegungsmaßes, zum Beispiel eine Dicke der Oberflächenbelegung, der Substanz auf dem Substrat mittels einer Infrarot-Absorptionsmessung (hierin auch als IR-Messung bezeich net) durch Beleuchten des Messbereichs auf dem Substrat sowohl mit IR- Strahlung einer ersten Wellenlänge, die in einem Absorptionsbereich der nachzuweisenden Substanz liegt, als auch mit IR-Strahlung einer zweiten Wellenlänge, die in einem Nicht-Absorptionsbereich der nachzuweisenden Substanz liegt, und Detektieren der vom Messbereich diffus rückgestreu ten IR-Strahlung erster und zweiter Wellenlänge mit wenigstens einem IR- Detektor, c. Bestimmen einer Korrekturmessgröße mittels einer Rückstreuungsmes sung (hierin auch als RS-Messung bezeichnet) durch Beleuchten des Mess bereichs auf dem Substrat mit einer RS-Strahlung (Rückstreuungsstrah lung) vorherbestimmter Wellenlänge und Detektieren der vom Messbe reich während des Beleuchtens diffus rückgestreuten RS-Strahlung und d. Korrigieren der/des unter Schritt a und/oder Schritt b bestimmten Ober- flächenbelegungsmaße/s auf der Grundlage der in Schritt c bestimmten Korrekturmessgröße.
Es sei angemerkt, dass sich die durch die vorstehende Auflistung der einzelnen Verfahrensschritte ergebende Reihenfolge lediglich als ein mögliches Beispiel zu verstehen ist und nicht auf die exakte Abfolge der vorstehend beschriebenen Ver fahrensschritte beschränkt ist. Zumindest können die Schritte b, c und d auch in anderer als der vorstehend beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden und sind somit ebenfalls durch die vorliegende Erfindung offenbart. Es sei an dieser Stelle erwähnt, dass grundsätzlich vorgesehen sein kann, zusätzlich oder alternativ eine Korrektur des in Schritt a bestimmten ersten Oberflächenbelegungsmaßes mit den in Schritt b erfassten Messergebnissen vorzunehmen. Gleichsam kann zusätzlich oder alternativ vorgesehen sein, eine Korrektur des in Schritt b bestimmten zwei ten Oberflächenbelegungsmaßes mit den in Schritt a erfassten Messergebnissen vorzunehmen. Eine solche Korrektur ist grundsätzlich aus dem Stand der Technik, nämlich der DE 10 2015 007 054 Al, bekannt und sei in den Offenbarungsgegen stand der vorliegenden Erfindung mit einbezogen. Der Begriff Substrat kann im Sinne der Erfindung eine Vielzahl von Werkstücken, Maschinenteilen oder Bauteilen umfassen, deren Oberfläche wenigstens zu einem Teil mit einer Substanz belegt ist, zum Beispiel auf die Oberfläche aufgebracht ist. Insbesondere kann mit einem Substrat im Sinne der Erfindung ein flächenhaft aus gedehntes Flachprodukt gemeint sein, beispielsweise ein Metallblech, ohne jedoch hierauf beschränkt zu sein. Andere Substrate können zum Beispiel verschiedene Kunststoffe, Gummi, Holz, Keramiken, Glas und dergleichen sein.
Als Substanz ist im Sinne der Erfindung sehr allgemein eine Belegung der Oberflä che mit einem festen oder flüssigen Material zu verstehen. Substanzen können beispielsweise kohlenwasserstoffhaltige Substanzen, zum Beispiel Öle, Schmier stoffe, Korrosionsschutzmittel, Passivierungen, Klebstoffe, Lacke, etc., anorgani sche Substanzen, zum Beispiel Wasser (Feuchtigkeit) und dergleichen, sein. Ins besondere können derartige Substanzen ungesättigte chemische Bindungsstruk turen aufweisende Substanzen sein. Auch können beispielsweise auch Öle umfasst sein, die für den Einsatz in der Lebensmittel- oder Agrarindustrie geeignet sind, zum Beispiel Pflanzenöle, Fettsäureester und dergleichen.
Unter einem LIF-Detektor ist nicht zwingend ein bestimmter Detektortyp zu ver stehen, sondern vielmehr ein Detektor, mit welchem - wie oben erwähnt - die vom Messbereich abgestrahlte Fluoreszenzstrahlung (zeitaufgelöst) detektiert werden kann. Grundsätzlich können sich dazu unterschiedliche Detektortypen eig nen, beispielsweise Photomultiplier, Photodioden etc. Die Bezeichnung LIF- Detektor grenzt die schränkt die vorliegende Erfindung also nicht auf einen be stimmten Detektortyp ein.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung wird unter der Oberflächenbelegung des Sub strats wenigstens zu einem Teil mit der Substanz beispielsweise die Masse (z. B. ausgedrückt in Masse pro Fläche bzw. Flächengewicht) oder die Dicke der Belegung am Ort der Messung (hierin als Messbereich oder auch als Messfleck bezeichnet) bzw. die Dicke der Belegung bezogen auf die Fläche des Messbereichs bzw. Mess flecks (z. B. in der Größenordnung von einigen wenigen cm2), von welchem die elektromagnetische Strahlung der LIF-, IR- und RS-Messung erfasst wird, verstan den. Dies ist insofern von Bedeutung, da die Belegung innerhalb des Messbereichs lokal durchaus eine variierende Dicke aufweisen kann. So zeigt sich beispielsweise, dass der Auftrag eines Prelubes auf ein Blech eher die Gestalt einer Aneinanderreihung einer Vielzahl von einzelnen oder sich überschneidenden Tröpf chen hat, als die eines Films mit konstanter Schichtdicke.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird daher mit der LIF-Messung ein Maß für die Masse oder für die mittlere Masse der Belegung bezogen auf die Fläche (Flächengewicht) aus der von dem Detektor erfassten Intensität der vom Messbe reich abgestrahlten Fluoreszenzstrahlung bestimmt. Eine konkrete Ausführung ei nes LIF-Messverfahrens, insbesondere die zeitaufgelöste bzw. zeitintegrierte Er fassung der Fluoreszenzstrahlung in wenigstens zwei Messfenstern, ist ausführlich in der eingangs erwähnten DE 195 07 119 C2 beschrieben, deren Offenbarungs gehalt hiermit durch Bezugnahme vollumfänglich aufgenommen wird. Bevorzugte Wellenlängen des für die Fluoreszenzmessung verwendeten Lichtpulses liegen im Bereich von beispielsweise 355 nm oder auch 405 nm oder kleiner, zum Beispiel UV-Licht im Bereich bis 266 nm oder 213 nm, ohne jedoch hierauf beschränkt zu sein.
Zur Fluoreszenzanregung kann beispielsweise ein Laser verwendet werden, ohne hierauf beschränkt zu sein. Es können als alternative Lichtquellen gepulste Blitz lampen (z. B. Xenon) oder auch spezielle UV-LEDs Verwendung finden. Vorteilhaf terweise kann auch ein UV-Microchiplaser oder eine gepulst betriebene UV- Laserdiode verwendet werden.
Der zur Detektion der Fluoreszenzstrahlung verwendete Detektor kann beispiels weise ein Photomultiplier hinsichtlich des zu erfassenden Wellenlängenbereichs ge eigneter Art, z. B. ein Röhrenphotomultiplier oder Halbleiterchip-Photomultiplier (Si-Photomultiplier), sein, ohne hierauf beschränkt zu sein.
Mit der IR-Absorptionsmessung wird erfindungsgemäß ein Maß für die Dicke oder für die mittlere Dicke der Belegung aus der von dem bzw. den IR-Detektor/en erfassten Intensität der vom Messbereich diffus rückgestreuten IR-Strahlung ers ter und zweiter Wellenlänge bestimmt. Hierzu kann in wohl bekannter Weise das Lambert-Beer-Gesetz herangezogen werden. Nach diesem gilt:
I = 10 * exp(-A*d), wobei I der rückgestreuten Intensität, 10 der ursprünglichen Intensität, A eine un ter definierten Bedingungen konstanten Größe (Produkt aus molarem Extinktions koeffizient und Stoffkonzentration) und d der Schichtdicke der Belegung entspre chen.
Zur Erzeugung der IR-Strahlung erster und/oder zweiter Wellenlänge können IR- Strahlungsquellen eingesetzt werden, die IR-Strahlung mit einer wohl definierten Wellenlänge, d. h. mit einem eng begrenzten Spektrum, erzeugen, zum Beispiel so genannte MIR-LEDs („mid infrared" LED). Eine bevorzugte Wellenlänge der IR- Strahlung erster Wellenlänge kann zum Beispiel 3,5 pm betragen, eine bevorzugte Wellenlänge der IR-Strahlung zweiter Wellenlänge beispielsweise 2,3 pm, ohne jedoch jeweils hierauf beschränkt zu sein. Jedenfalls wird gemäß der Erfindung die erste Wellenlänge der IR-Strahlung so gewählt, dass diese im Absorptionsbereich der nachzuweisenden, beleuchteten Substanz liegt, wohingegen die zweite Wel lenlänge der IR-Strahlung so gewählt wird, dass diese in einem Nicht-Absorptions- bereich der nachzuweisenden, beleuchteten Substanz und keiner weiteren z.B. in der Umgebungsatmosphäre vorhandenen Substanzen (Wasserdampf, Gase) liegt. Auf diese Weise kann auf die Verwendung von zum Beispiel beweglichen Filterrä dern zur Selektion verschiedener IR-Wellenlängen bei IR-Strahlungsquellen mit breitbandig erzeugender IR-Strahlung verzichtet werden. Bei Verwendung der bei spielhaft genannten MIR-LEDs kann somit auf bewegliche mechanische Kompo nenten verzichtet werden, ohne jedoch hierauf beschränkt zu sein.
So können beispielsweise anstelle von schmalbandigen MIR-Strahlungsquellen auch breitbandige IR-Strahlungsquellen mit jeweils einem vorgeschalteten festen Bandpassfilter zur Wellenlängenselektion in der Anregung eingesetzt werden. Ebenso können spezielle IR-Laserdioden oder Laser-Strahlungsquellen in dem ge forderten IR-Wellenlängenbereich verwendet werden. Die Beleuchtung des Mess bereichs kann jedenfalls mit schmalbandiger IR-Strahlung der ersten und/oder zweiten Wellenlänge erfolgen, so dass vor dem IR-Detektor keine Wellenlängen selektion auf notwendige Spektralbereiche (innerhalb bzw. außerhalb des Absorp tionsbereichs der zu beleuchtenden Substanz) mehr notwendig ist.
In einer noch weiteren alternativen Ausgestaltung kann der Messbereich auch von einer breitbandigen IR-Strahlung beleuchtet werden und eine Wellenlängenselek tion erst vor dem IR-Detektor durchgeführt werden, beispielsweise mittels eines beweglichen (z. B. drehbaren) Filterrads, an dem entsprechende Filter zur ge wünschten Wellenlängenselektion (innerhalb bzw. außerhalb des Absorptionsbe reichs der zu beleuchtenden Substanz) angebracht sind. Die Wellenlängenselektion kann auch dadurch erfolgen, dass mehrere IR- Detektoren des gleichen Typs ver wenden werden, wobei den jeweiligen IR-Detektoren jeweils ein entsprechend vor geschalteter Bandpassfilter zugeordnet ist.
Zusätzlich zur LIF- und IR-Absorptionsmessung kombiniert das erfindungsgemäße Verfahren die Rückstreuungsmessung mit einer zusätzlichen RS-Strahlung vorher bestimmter Wellenlänge, die vorzugsweise von einer separaten, zusätzlichen RS- Strahlungsquelle erzeugt wird, so dass die Intensität der vom Messbereich wäh rend des Beleuchtens diffus rückgestreuten RS-Strahlung als Korrektur- bzw. Kompensationsmessgröße herangezogen werden kann, um die durch die LIF- und/oder IR-Messung gewonnenen Oberflächenbelegungsmaße entsprechend zu korrigieren. Eine bevorzugte Wellenlänge der bei der RS-Rückstreuungsmessung verwendeten RS-Strahlung kann beispielsweise im Bereich von etwa 405 nm lie gen, ohne jedoch hierauf beschränkt zu sein.
Auf diese Weise ist ein hinsichtlich der Messgenauigkeit sehr empfindlicher, exak ter quantitativer Nachweis bzw. Bestimmung der Oberflächenbelegung (z. B. Ölauflage) auf dem Substrat erreichbar, der nicht mehr oder höchstens noch in geringem Maße durch die Rauigkeit, Textur etc. des Substrats und makroskopi schen Strukturen der Substanz auf dem Substrat, zum Beispiel (ÖI-)Tröpfchen, Hotmelt-Strukturen und dergleichen, beeinflusst bzw. verfälscht ist, da nun mit der zusätzlichen Rückstreuungsmessung u. a. auch Hinweise auf derartige makro skopische Strukturen der Substanz auf dem Substrat erkannt werden. Sofern vor gesehen ist, dass ein in dem Verfahrensschritt a ermitteltes erstes Oberflächenbe legungsmaß mit Messergebnissen aus dem Verfahrensschritt b korrigiert wird, können auch mögliche aus einer Ölvermischung resultierende Effekte bzw. Ein flüsse auf die Messergebnisse korrigiert werden.
So schafft das erfindungsgemäße Verfahren die grundsätzliche Möglichkeit, die un terschiedlichen und teilweise gegensätzlichen Einflussgrößen der LIF- und IR- Mes sung, die aus ihren jeweiligen chemisch/physikalischen Voraussetzungen herrüh ren, zu kompensieren. Insgesamt ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren daher, unterschiedlichste Substanzen auf verschiedenen Substraten zuverlässig nachzuweisen und diese auf dem Substrat quantitativ genau zu bestimmen und damit einen robusten Einsatz gewährleisten, der im Wesentlichen nicht von das Messergebnis gewöhnlich ver fälschenden Störgrößen beeinflusst ist.
Für den gezielten Nachweis von Substanzen auf einem bestimmten Substrat je nach konkretem Anwendungsfall sind lediglich die Wellenlängen der einzelnen Strahlungsquellen ggfs entsprechend anzupassen, was verhältnismäßig schnell und ohne großen Aufwand realisierbar ist. Somit ist das erfindungsgemäße Ver fahren gleichfalls flexibel einsetzbar.
Es sei angemerkt, dass zusätzlich zu der mittels der Rückstreuungsmessung er zielbaren Korrektur der LIF- und/oder IR-Messung ebenso eine Korrektur bzw. Kompensation oder eine Plausibilisierung der LIF- und IR-Messwerte untereinander möglich ist, um das Gesamtmessergebnis des erfindungsgemäßen Verfahrens noch weiter zu verbessern. Wenn also beispielsweise die IR-Messung verglichen mit einem Sollwert richtige Ergebnisse liefert, die Werte der LIF-Messung aber schwanken oder stark abweichen, so kann wahrscheinlich eine Ölvermischung vor liegen, die einem Anwender als Warnung angezeigt werden kann oder schon als Korrekturwert benutzt werden kann.
Nach einer vorteilhaften, die Durchführung des Verfahrens weiter vereinfachenden Ausgestaltung der Erfindung, wird die bei der Rückstreuungsmessung diffus rück gestreute RS-Strahlung in Schritt c mit demselben Detektor detektiert wie die Flu oreszenzstrahlung in Schritt a, das heißt mit dem LIF-Detektor. Die Wellenlänge der bei der Rückstreuungsmessung in Schritt c verwendeten RS-Strahlung wird hierbei an den bei der Fluoreszenzmessung verwendeten Detektionswellenlängen bereich des LIF-Detektors in Schritt a angepasst. Hierbei wird die RS-Strahlung im Wesentlichen derart schmalbandig erzeugt, dass diese beim Beleuchten des Mess bereichs jedenfalls keine Fluoreszenz wie in Schritt a erzeugt, die von dem LIF- Detektor dann neben der vom Messbereich diffus rückgestreuten RS-Strahlung ebenfalls detektiert werden würde. Beispielsweise kann die Wellenlänge, der bei der Rückstreuungsmessung verwendeten RS-Strahlung im Maximum des Detekti onsbereichs des LIF-Detektors liegen, ohne jedoch hierauf beschränkt zu sein. Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Gegenstands sieht vor, dass die Detektion der rückgestreuten IR-Strahlung in Schritt b und/oder die De tektion der rückgestreuten RS-Strahlung in Schritt c für ein Erkennen einer Kante des Substrats verwendet wird/werden, zum Beispiel im Fall der Verwendung flä chenhaft ausgedehnter, randbegrenzter Substrate wie Metallbleche, Metallbänder und dergleichen zur Bandkantenerkennung. Die diffuse Rückstreuung der IR-/RS- Strahlung findet nur statt, wenn das Substrat überhaupt vorhanden ist und ent sprechend von der IR-/RS-Strahlung beleuchtet wird.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die aktuelle Strahlungsintensität der bei der Rückstreuungsmessung in Schritt c verwendeten RS-Strahlung überwacht und dynamisch auf einen vorherbestimmten Sollwert an gepasst und/oder die Messwerte auf die aktuelle Strahlungsintensität normiert, um möglichst konstante Messsignale und damit einhergehende konsistente Messer gebnisse zu gewährleisten. Eine die RS-Strahlung erzeugende RS-Strahlungsquelle kann demnach (zumindest in ihrer Strahlungsintensität) gesteuert bzw. geregelt sein, wobei die RS-Strahlungsquelle sowie die Überwachungs- und Steuereinrich tung in einer kompakt bauenden, einzigen Komponente verkörpert sein können, ohne jedoch hierauf beschränkt zu sein.
Gemäß einer vorteilhaften weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird der Messbe reich in Schritt b mit der IR-Strahlung erster Wellenlänge aus wenigstens zwei unterschiedlichen Raumrichtungen beleuchtet und/oder der Messbereich in Schritt b mit der IR-Strahlung zweiter Wellenlänge aus wenigstens zwei unterschiedlichen Raumrichtungen beleuchtet. Beispielsweise können hierzu zwei IR- Strahlungsquellen zur Erzeugung der IR-Strahlung erster Wellenlänge vorgesehen sein, die in Bezug auf ihre Emissionsrichtung unterschiedlich räumlich angeordnet sind. Auch zwei IR-Strahlungsquellen zur Erzeugung der IR-Strahlung zweiter Wel lenlängen können entsprechend unterschiedlich im Raum angeordnet sein. Alle IR- Strahlungsquellen werden räumlich so ausgerichtet, dass sie stets im Wesentlichen denselben Messbereich bzw. Messfleck auf dem Substrat beleuchten, das heißt im Wesentlichen auf ein und denselben Ort der Messung ausgerichtet sind. Die Be leuchtung des Messbereichs mit der IR-Strahlung derselben Wellenlänge aus un terschiedlichen Raumrichtungen ermöglicht in besonders vorteilhafter Weise die Eliminierung bzw. Reduzierung von Einflüssen, die durch Unebenheiten oder Wöl bungen des Substrats am Ort des Messbereichs hervorgerufen werden können. Eine weitere vorteilhafte Reduzierung der Einflüsse durch Wölbung bzw. Uneben heiten des Substrats wird gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung dadurch erreicht, dass die Beleuchtung des Messbereichs in Schritt b mit der IR- Strahlung erster Wellenlänge aus unterschiedlichen Raumrichtungen gleichzeitig erfolgt und/oder die Beleuchtung des Messbereichs in Schritt b mit der IR- Strahlung zweiter Wellenlänge aus unterschiedlichen Raumrichtungen gleichzeitig erfolgt. Auch hier wird die räumliche Ausrichtung der IR-Strahlungsquellen stets so gewählt, dass diese im Wesentlichen denselben Messfleck auf dem Substrat beleuchten.
Eine weitere Verbesserung wird erzielt, wenn die Beleuchtung des Messbereichs in Schritt b mit der IR-Strahlung erster Wellenlänge und die Beleuchtung des Mess bereichs in Schritt b mit der IR-Strahlung zweiter Wellenlänge gemäß einer weite ren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung in aneinandergrenzenden oder zu einander beabstandeten Zeitintervallen durchgeführt wird. Mit anderen Worten werden die Beleuchtungen des - insbesondere desselben - Messbereichs mit der IR-Strahlung erster und zweiter Wellenlänge nicht gleichzeitig (auch nicht über lappend) durchgeführt, sondern zeitversetzt, wobei eine spezielle Beleuchtungs reihenfolge mit der ersten oder zweiten Wellenlänge nicht zwingend ist.
Zudem kann in einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung die Beleuchtung des Messbereichs in Schritt b mit der IR-Strahlung erster Wellenlänge und die Be leuchtung des Messbereichs in Schritt b mit der IR-Strahlung zweiter Wellenlänge aus unterschiedlichen Raumrichtungen erfolgen. So können zum Beispiel die Licht wege der IR-Strahlung erster Wellenlänge und der IR-Strahlung zweiter Wellen länge in einer sich im Wesentlichen kreuzenden Anordnung ausgerichtet sein, was die Eliminierung von Einflüssen aus Substratwölbung bzw. -Unebenheiten noch weiter verbessert.
Nach einer die Durchführung des Verfahrens weiter vereinfachenden Ausgestal tung der Erfindung wird die IR-Strahlung erster und zweiter Wellenlänge in Schritt b mit einem einzigen IR-Detektor detektiert. Der IR-Detektor wird hierbei derart gewählt, dass sein Detektionswellenlängenbereich die erste Wellenlänge und zweite Wellenlänge der jeweiligen IR-Strahlungen enthält. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird vor dem Schritt b und/oder nach dem Schritt b und/oder innerhalb des Schritts b zwischen dem Beleuchten mit der IR-Strahlung erster und zweiter Wellenlänge, jedenfalls wenn die Beleuchtung des Messbereichs mit der IR-Strahlung abgestellt ist, zu sätzlich eine Nullmessgröße durch Erfassen des von dem/den IR-Detektor/en unter dieser Betriebsbedingung ausgegebenen Nullmesssignals bestimmt. Dann wird die Detektion der jeweiligen rückgestreuten IR-Strahlung beim Beleuchten des Mess bereichs in Schritt b auf Grundlage der bestimmten Nullmessgröße korrigiert. Zwar ist der Einfluss des Umgebungslichts bei Verwendung schmalbandiger IR- Detektoren gewöhnlich verhältnismäßig gering, jedoch kann die Genauigkeit der Messung hierdurch nochmals verbessert werden. Das Nullsignal repräsentiert u. a. das von dem IR-Detektor erfasste Umgebungslicht bzw. das vom Substrat zurück gestreute Untergrundsignal. Weiterhin beeinflussen auch Offset- und Dunkelströme des/der IR-Detektors/en in Zusammenwirken mit zur Nachverstärkung verwende ten Verstärkern das Nullsignal. Derartige Einflüsse werden anschließend bei der Messung in Schritt b ebenfalls korrigiert.
In entsprechendem Sinn kann gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfin dungsgemäßen Gegenstands in Schritt a nach dem Detektieren der im Messbereich abgestrahlten Fluoreszenzstrahlung, jedenfalls nachdem die abgestrahlte Fluores zenzstrahlung abgeklungen ist, zusätzlich eine Umgebungslichtmessgröße durch Erfassen des von dem LIF-Detektor unter dieser Betriebsbedingung ausgegebenen Messsignals bestimmt werden, wobei die Detektion der vom Messbereich abge strahlten Fluoreszenzstrahlung in Schritt a und die Detektion der vom Messbereich rückgestreuten RS-Strahlung in Schritt c auf Grundlage der bestimmten Umge bungslichtmessgröße korrigiert wird.
Gemäß einer noch weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Ausgangsintensität der in Schritt b zur Beleuchtung des Messbereichs verwendeten IR-Strahlung erster Wellenlänge durch Auskoppeln eines Teils dieser IR-Strahlung vor dem Auftreffen auf den Messbereich und Lenken auf einen IR- Intensitätsdetektor bestimmt und/oder die Ausgangsintensität der in Schritt b zur Beleuchtung des Messbereichs verwendeten IR-Strahlung zweiter Wellenlänge durch Auskoppeln eines Teils dieser IR-Strahlung vor dem Auftreffen auf den Mess bereich und Lenken auf den zuvor genannten IR-Intensitätsdetektor oder einen weiteren IR-Intensitätsdetektor bestimmt. Der IR-Intensitätsdetektor kann bevorzugt eine IR- Photodiode sein, zum Beispiel ähnlich oder gleich dem IR- Detektor zur Detektion der IR-Strahlung erster bzw. zweiter Wellenlänge in Schritt b. Besonders bevorzugt wird die Ausgangsintensität der IR-Strahlung erster und zweiter Wellenlänge mit einem einzigen IR-Intensitätsdetektor erfasst. Hierzu kön nen beispielsweise Strahlteiler im Lichtweg der jeweiligen IR-Strahlung angeordnet sein, die einen Teil der jeweiligen IR-Strahlung auskoppeln und auf den IR- Intensitätsdetektor lenken. Die Bestimmung der Dicke der Substanzbelegung auf dem Substrat kann dann auf Grundlage des Lambert-Beer-Gesetzes in Abhängig keit von der tatsächlichen Ausgangsintensität der IR-Strahlung genau bestimmt werden.
Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht zudem vor, dass die aktuelle Strahlungsin tensität der in Schritt b verwendeten IR-Strahlung erster und/oder zweiter Wel lenlänge dynamisch auf einen vorherbestimmten Sollwert angepasst wird, das heißt gesteuert bzw. geregelt wird. Hierzu kann beispielsweise die vorbeschriebene Erfassung der Ausgangsintensität der IR-Strahlung verwendet werden, so dass auf eine zusätzliche Überwachungseinrichtung der IR-Strahlungsintensität verzichtet werden kann.
Gemäß einer noch weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung zur weiteren Verbesserung des quantitativen Nachweises der Substanz auf dem Substrat wird die aktuelle Strahlungsintensität des in Schritt a verwendeten Lichtpulses über wacht und dynamisch auf einen vorherbestimmten Sollwert angepasst, das heißt gesteuert bzw. geregelt und/oder die Messwerte auf die aktuelle Strahlungsinten sität normiert. Eine den Lichtpuls erzeugende LIF-Strahlungsquelle kann ein schließlich der Überwachungs- und Steuereinrichtung in einer einzigen, kompakt bauenden Komponente verkörpert sein, ohne jedoch hierauf beschränkt zu sein.
Um stets möglichst konstante Messsignale und damit eine weitere Verbesserung der Messergebnisse zu gewährleisten, sieht eine vorteilhafte Weiterbildung des er findungsgemäßen Gegenstands vor, dass eine Betriebstemperatur von wenigstens die IR-Strahlung erzeugenden und/oder die IR-Strahlung detektierenden und/oder diese elektronisch steuernden Komponenten mit einer Temperiereinrichtung auf eine vorherbestimmte Temperatur konstant gehalten wird. Das=Temperieren kann sowohl Kühlen als auch Heizen beinhalten. Als Temperiereinrichtung sind thermo elektrische Einrichtungen, zum Beispiel Peltier-Elemente, besonders bevorzugt. Die Erfassung einer augenblicklichen Betriebstemperatur der zu kühlenden oder wärmenden Komponente/n kann beispielsweise über einen Thermistor erfolgen. Eine entsprechende Steuereinrichtung steuert auf dieser Grundlage die von der Temperiereinrichtung zu erzeugende Kühl-/VVärmeleistung.
Es ist zu verstehen, dass durch die Temperiereinrichtung grundsätzlich die ge samte Einheit auf einer bestimmten Temperatur gehalten werden kann. Vorzugs weise werden hingegen einzelne Komponenten, insbesondere jede Strahlungs quelle und/oder jeder Strahlungsdetektor, getrennt auf einer spezifischen Tempe ratur gehalten, weil darüber die optische Ausgangsleistung bzw. die Empfindlich keit jeweils mit eingestellt werden kann.
Eine noch weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Lichtweg des Lichtpulses in Schritt a und/oder der Lichtweg der IR-Strahlung in Schritt b und/oder der Lichtweg der RS-Strahlung in Schritt c mit Druckluft von Verunreinigungen freigehalten wird. Die Druckluft wird vor ihrer Verwendung be vorzugt gefiltert und von Ölrückständen, Luftfeuchtigkeit und dergleichen befreit. Damit wird eine Verfälschung der Detektionsergebnisse durch Verunreinigungen oder auch durch Dämpfe, Feuchtigkeit oder Nebel im jeweiligen Lichtweg vermie den.
Wie bereits weiter oben erwähnt, ist die Reihenfolge zumindest der Schritte b, c und d nicht durch die vorhergehende Beschreibung festgelegt oder eingeschränkt. Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Schritte a, b und c jedoch in der konkreten Reihenfolge a, c und b nacheinander ausgeführt.
Weiterhin sieht eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung vor, dass die Schritte a, b, c und d mit einer Frequenz wiederholt ausgeführt werden, die einem Takt einer den Lichtpuls in Schritt a erzeugenden LIF-Strahlungsquelle entspricht, ins besondere mit einer Taktfrequenz im kHz-Bereich, zum Beispiel im Bereich von 8- 12 kHz und besonders bevorzugt 10-11 kHz. Taktfrequenzen größer als 11 kHz verkleinern den für die Messungen der Schritte b und c zwischen zwei Lichtpulsen in Schritt a zur Verfügung stehenden Zeitraum derart, dass die vorgenannten Mes sungen u. U. nicht mehr ausreichend umfassend ausgeführt werden können und folglich die Qualität des Messergebnisses ungünstig beeinflusst wird. Kleinere Takt frequenzen als 8 kHz haben sich aufgrund einer geringeren Messrate mit einhergehenden größeren Messschwankungen (geringere zeitliche Mittelung) ebenfalls als unvorteilhaft erwiesen.
In einer noch weiteren vorteilhaften Ausgestaltung werden die Schritte a, b, c und d mit einer vorherbestimmten Frequenz wiederholt ausgeführt, während das Sub strat in eine Vorschubrichtung bewegt wird und der Messbereich in einer quer zur Vorschubrichtung verlaufenden Querrichtung verschoben wird, wobei eine Ge schwindigkeit des Substrats in Vorschubrichtung größer oder gleich einer maxima len Geschwindigkeit der Verschiebung des Messbereichs in der Querrichtung ge wählt wird. Die Wiederholungsfrequenz kann beispielsweise die vorstehend er wähnte Taktfrequenz der LIF-Strahlungsquelle sein, ohne hierauf beschränkt zu sein. Die Verschiebung des Messbereichs dieser Ausgestaltung führt zu einer im Wesentlichen kontinuierlichen, über das Substrat meandrierenden, im Wesentli chen sinus- bzw. wellenförmig hin und her laufenden, Messspur. Da die Vorschub geschwindigkeit größer oder gleich einer maximalen Quergeschwindigkeit gewählt wird, verläuft die Messspur gegenüber der quer zur Vorschubrichtung des Sub strats verlaufenden Querrichtung im Wesentlichen in einem Winkel größer oder gleich 45°. Das Substrat kann auf diese Weise mit einer relativ hohen Vorschub geschwindigkeit befördert werden, wobei dennoch eine ausreichend genaue Prü fung der Belegung des Substrats mit der Substanz erfolgt. Grundsätzlich ist die vorliegende Erfindung aber nicht auf die vorgenannten Angaben zur Vorschubge schwindigkeit des Substrats bzw. Verschiebungsgeschwindigkeit des Messbereichs in der quer zur Vorschubrichtung verlaufenden Querrichtung beschränkt. Auch kann die Verschiebungsgeschwindigkeit des Messbereichs größer sein als die Vor schubgeschwindigkeit des Substrats.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine Messvorrich tung zum quantitativen Nachweis einer Oberflächenbelegung einer ein Substrat wenigstens teilweise belegenden Substanz auf:
- eine LIF-Strahlungsquelle zur Erzeugung eines Lichtpulses vorherbestimm ter Wellenlänge, wobei die LIF-Strahlungsquelle eingerichtet und angeord net ist, einen Messbereich auf dem Substrat mit dem Lichtpuls zu beleuch ten,
- einen LIF-Detektor, der eingerichtet und angeordnet ist, eine von dem Mess bereich abgestrahlte Fluoreszenzstrahlung zur Durchführung einer zeitaufgelösten, lichtinduzierten Fluoreszenzmessung (hierin auch als LIF- Messung bezeichnet) zu detektieren, um ein erstes Oberflächenbelegungs maß der Substanz auf dem Substrat zu bestimmen,
- wenigstens eine IR-Strahlungsquelle zur Erzeugung einer IR-Strahlung vor herbestimmter erster Wellenlänge, die in einem Absorptionsbereich der nachzuweisenden Substanz liegt, und/oder zur Erzeugung einer IR- Strahlung vorherbestimmter zweiter Wellenlänge, die in einem Nicht-Ab- sorptionsbereich der nachzuweisenden Substanz liegt, wobei die IR- Strahlungsquelle eingerichtet und angeordnet ist, den Messbereich auf dem Substrat mit der IR-Strahlung erster und/oder zweiter Wellenlänge zu be leuchten,
- wenigstens einen IR-Detektor, der eingerichtet und angeordnet ist, die vom Messbereich während des Beleuchtens mit der IR-Strahlungsquelle diffus rückgestreute IR-Strahlung erster Wellenlänge und/oder die vom Messbe reich diffus rückgestreute IR-Strahlung zweiter Wellenlänge zur Durchfüh rung einer Infrarot-Absorptionsmessung (hierin auch als IR-Messung be zeichnet) zu detektieren, um ein zweites Oberflächenbelegungsmaß der Substanz auf dem Substrat zu bestimmen,
- eine RS-Strahlungsquelle zur Erzeugung einer RS-Strahlung vorherbe stimmter Wellenlänge, wobei die RS-Strahlungsquelle eingerichtet und an geordnet ist, den Messbereich auf dem Substrat mit der RS-Strahlung zu beleuchten, und
- einen RS-Detektor, der eingerichtet und angeordnet ist, die vom Messbe reich während des Beleuchtens mit der RS-Strahlungsquelle diffus rückge streute RS-Strahlung zur Durchführung einer Rückstreuungsmessung (hie rin auch als RS-Messung bezeichnet) zu detektieren, um eine Korrektur messgröße zu bestimmen, auf deren Grundlage das erste und/oder zweite Oberflächenbelegungsmaß korrigierbar ist.
Bezüglich vorrichtungsbezogener Begriffsdefinitionen sowie der Wirkungen und Vorteile vorrichtungsgemäßer Merkmale wird vollumfänglich auf die Offenbarung sinngemäßer Definitionen, Wirkungen und Vorteile hierin bezüglich des erfindungs gemäßen Nachweisverfahrens verwiesen. Mit anderen Worten sollen Offenbarun gen hierin bezüglich des erfindungsgemäßen Nachweisverfahrens in sinngemäßer Weise ebenso zur Definition der erfindungsgemäßen Messvorrichtung herangezo gen werden können, sofern dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen ist. Ebenfalls sollen Offenbarungen hierin bezüglich der erfindungsgemäßen Messvorrichtung in sinngemäßer Weise zur Definition des erfindungsgemäßen Verfahrens herangezo gen werden können, sofern dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen ist. Insofern kann auf eine Wiederholung von Erläuterungen sinngemäß gleicher Merkmale, de ren Wirkungen und Vorteile der hierin beschriebenen erfindungsgemäßen Mess vorrichtung sowie des hierin offenbarten erfindungsgemäßen Verfahrens zuguns ten einer kompakteren Beschreibung verzichtet werden, ohne dass derartige Aus lassungen als Einschränkung auszulegen wären.
Zur Erzeugung der IR-Strahlung erster und/oder zweiter Wellenlänge kann bei spielsweise eine einzige IR-Strahlungsquelle eingesetzt werden, die eine breitban dige IR-Strahlung erzeugt. In einem solchen Fall kann eine Wellenlängenselektion für die erste und/oder zweite Wellenlänge vor dem Beleuchten des Messbereichs durchgeführt werden, beispielsweise mittels eines beweglichen (z. B. drehbaren) Filterrads, an dem entsprechende Filter für die gewünschte Wellenlängenselektion (innerhalb bzw. außerhalb des Absorptionsbereichs der zu beleuchtenden Sub stanz) angebracht sind.
Alternativ zur Wellenlängenselektion vor dem Beleuchten des Messbereichs kann eine Wellenlängenselektion auch erst vor dem IR- Detektor erfolgen (z. B. ebenfalls mit einem bewegbaren/rotierenden Filterrad), um die Bestimmung der vom Mess bereich diffus rückgestrahlten IR-Strahlung erster und/oder zweiter Wellenlänge durchzuführen. Die Wellenlängenselektion kann auch dadurch erfolgen, dass meh rere IR-Detektoren des gleichen Typs verwenden werden, wobei den jeweiligen IR-Detektoren jeweils ein entsprechend vorgeschalteter Bandpassfilter zugeordnet ist.
Es können auch IR-Strahlungsquellen eingesetzt werden, die IR-Strahlung mit ei ner wohl definierten Wellenlänge, d. h. mit einem eng begrenzten Spektrum, er zeugen, zum Beispiel so genannte MIR-LEDs („mid infrared" LED). Dann wäre eine erste IR-Strahlungsquelle eine die IR-Strahlung mit der ersten Wellenlänge erzeu gende IR-Strahlungsquelle und eine zweite IR-Strahlungsquelle eine die IR- Strahlung mit der zweiten Wellenlänge erzeugende IR-Strahlungsquelle. Mit ande ren Worten könnten zwei IR-Strahlungsquellen eingesetzt werden, die jeweils eine der beiden gewünschten Wellenlängen erzeugt, die den Messbereich beleuchten und deren diffuse Rückstrahlung entsprechend von dem wenigstens einen IR- Detektor erfasst werden kann. Eine spezielle Wellenlängenselektion ist in diesem Fall weder nach der IR-Strahlungsquelle noch vor dem IR-Detektor erforderlich.
Anstelle schmalbandiger MIR-Leds können wiederum ebenfalls breitbandige IR- Strahlungsquellen mit jeweils einem vorgeschalteten festen Bandpassfilter zur Wellenlängenselektion in der Anregung eingesetzt werden. Ebenso können spezi elle IR-Laserdioden oder Laser-Strahlungsquellen in dem geforderten IR- Wellenlängenbereich verwendet werden kann. Auch in diesem Fall ist eine spezi elle Wellenlängenselektion vor dem wenigstens einen IR-Detektor nicht mehr er forderlich.
Dementsprechend sieht eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vor, dass wenigstens eine erste IR-Strahlungsquelle zur Erzeugung der IR-Strahlung erster Wellenlänge vorgesehen und angeordnet ist, den Messbereich mit der IR-Strahlung erster Wellenlänge zu beleuchten und wenigstens eine zweite IR-Strahlungsquelle zur Erzeugung der IR-Strahlung zweiter Wellenlänge vorgesehen und angeordnet ist, den Messbereich mit der IR-Strahlung zweiter Wellenlänge zu beleuchten.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind der RS- Detektor zur Detektion der vom Messbereich diffus rückgestreuten RS-Strahlung und der LIF-Detektor zur Detektion der vom Messbereich abgestrahlten Fluores zenzstrahlung identisch. Mit anderen Worten werden beide Detektoren durch einen einzigen realen Detektor verkörpert, was den Aufbau der Messvorrichtung verein facht und kompakter macht.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die RS- Strahlungsquelle ein Überwachungsmittel zur Überwachung der aktuellen Strah lungsintensität der von ihr erzeugten RS-Strahlung aufweist, wobei die RS- Strahlungsquelle eingerichtet ist, die Intensität der erzeugten RS-Strahlung dyna misch auf einen Sollwert anzupassen, das heißt zu steuern bzw. zu regeln. Die RS- Strahlungsquelle sowie die Überwachungs- und Steuereinrichtung können ohne Beschränkung in einer einzigen Komponente verkörpert sein.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Gegenstands sieht vor, dass wenigstens zwei erste IR-Strahlungsquellen vorgesehen und angeordnet sind, den Messbereich mit der IR-Strahlung erster Wellenlänge aus wenigstens zwei unterschiedlichen Raumrichtungen zu beleuchten und wenigstens zwei zweite IR- Strahlungsquellen vorgesehen und angeordnet sind, den Messbereich mit der IR- Strahlung zweiter Wellenlänge aus wenigstens zwei unterschiedlichen Raumrich tungen zu beleuchten. Hierbei ist es besonders bevorzugt, dass die Beleuchtung des Messbereichs mit der IR-Strahlung erster Wellenlänge aus unterschiedlichen Raumrichtungen gleichzeitig erfolgt und die Beleuchtung des Messbereichs mit der IR-Strahlung zweiter Wellenlänge aus unterschiedlichen Raumrichtungen gleich zeitig erfolgt, ohne jedoch hierauf beschränkt zu sein. Die Beleuchtung des Mess bereichs mit der IR-Strahlung erster Wellenlänge und die Beleuchtung des Mess bereichs mit der IR-Strahlung zweiter Wellenlänge erfolgt vorzugsweise in anei nandergrenzenden oder zueinander beabstandeten Zeitintervallen, also zeitver setzt und nicht überlappend.
Gemäß einer noch weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die we nigstens eine erste IR-Strahlungsquelle und die wenigstens eine zweite IR- Strahlungsquelle derart angeordnet, dass der Messbereich mit der IR-Strahlung erster und zweiter Wellenlänge aus zwei unterschiedlichen Raumrichtungen be leuchtbar ist, so der Einfluss von Wölbungen und Unebenheiten des beleuchteten Substrats auf das Messergebnis vollständig eliminiert oder zumindest auf ein ver nachlässigbares Maß reduziert werden können.
Nach einer anderen vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Gegen stands sind bei Vorhandensein zweier erster und zweier zweiter IR- Strahlungsquellen die zwei ersten IR-Strahlungsquellen und die zwei zweiten Strahlungsquellen derart angeordnet, dass je eine IR-Strahlungsquelle in jeweils einer Ecke eines gedachten, alle IR-Strahlungsquellen umgebenden Vierecks der art angeordnet ist und sich die beiden ersten IR-Strahlungsquellen diametral ge genüberstehen und sich die beiden zweiten IR-Strahlungsquellen diametral gegen überstehen. Mit anderen Worten verlaufen die Lichtwege der IR-Strahlung erster Wellenlänge und die Lichtwege der IR-Strahlung zweiter Wellenlänge sich in einer geometrisch im Wesentlichen kreuzenden Richtung. Bevorzugt werden die IR- Strahlungsquellen zur Erzeugung der IR-Strahlung erster Wellenlänge und die IR- Strahlungsquellen zur Erzeugung der IR-Strahlung zweiter Wellenlänge jedoch nicht gleichzeitig betrieben, sondern sie beleuchten nacheinander den Messbe reich. Hingegen werden die IR-Strahlungsquellen zur Erzeugung der IR-Strahlung derselben Wellenlänge bevorzugt jeweils gleichzeitig aktiviert, um den Messbereich zeitgleich zu beleuchten. Auf dies Weise werden sowohl eine redun dante Erfassung der IR-Strahlung derselben Wellenlänge als auch die Eliminierung oder wenigstens Reduzierung von Einflüssen durch Unebenheiten oder Wölbungen in dem Substrat ermöglicht. Dabei werden die IR-Strahlungsquellen räumlich so ausgerichtet, dass sie stets im Wesentlichen denselben Messbereich bzw. Mess fleck auf dem Substrat beleuchten, das heißt im Wesentlichen auf ein und densel ben Ort der Messung ausgerichtet sind.
Besonders bevorzugt, da kompakt bauend, kann die Messvorrichtung nach einer weiteren Ausgestaltung einen einzigen IR-Detektor zur Detektion der IR-Strahlung erster und zweiter Wellenlänge aufweisen. Der Empfindlichkeitsbereich dieses IR- Detektors enthält die erste Wellenlänge und die zweite Wellenlänge der jeweiligen IR-Strahlungen. Der IR-Detektor ist dabei derart angeordnet, dass er die diffuse Rückstreuung aller IR-Lichtquellen von einem definierten Messfleck bzw. Messbe reich erfassen kann.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist im Lichtweg der von der wenigstens einen IR-Strahlungsquelle erzeugten IR-Strahlung ein Strahl teiler angeordnet, der einen Teil der erzeugten IR-Strahlung vor dem Auftreffen auf den Messbereich auskoppelt und auf einen IR-Intensitätsdetektor lenkt, um die Ausgangsintensität der IR-Strahlung der Strahlungsquelle zu bestimmen.
In dem Fall, dass wenigstens zwei IR-Strahlungsquellen zur Erzeugung der IR- Strahlung erster bzw. zweiter Wellenlänge vorgesehen sind, sind bevorzugt in dem Lichtweg beider IR-Strahlungsquellen jeweils ein Strahlteiler angeordnet, um die Ausgangsintensität der jeweiligen IR-Strahlung erster und zweiter Wellenlänge mittels des IR-Intensitätsdetektors zu bestimmen.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Gegenstands ist wenigstens eine IR-Strahlungsquelle eingerichtet, die Intensität der erzeugten IR- Strahlung dynamisch auf einen Sollwert anzupassen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die LIF- Strahlungsquelle ein Überwachungsmittel zur Überwachung der aktuellen Strah lungsintensität des von ihr erzeugten Lichtpulses auf, wobei die LIF- Strahlungsquelle eingerichtet ist, die Intensität des erzeugten Lichtpulses dynamisch auf einen Sollwert anzupassen und/oder die Messwerte auf die aktuelle Strahlungsintensität zu normieren. Die LIF-Strahlungsquelle und die Überwa- chungs- und Steuereinrichtung können in einer einzigen, kompakt bauenden Kom ponente verkörpert sein, ohne hierauf beschränkt zu sein.
Nach einer noch weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Messvorrichtung wenigstens eine Temperiereinrichtung auf, die eingerichtet und angeordnet ist, die Betriebstemperatur von wenigstens die IR-Strahlung erzeugenden und/oder die IR-Strahlung detektierenden und/oder diese elektronisch steuernden Komponen ten konstant auf eine vorherbestimmte Temperatur zu halten. Die Temperierein richtung kann ein thermoelektrischer Wandler, z. B. ein Peltier-Element, sein. Eine Temperaturerfassung zur Temperatursteuerung kann über einen Thermistor erfol gen. Eine während des Betriebs konstant gehaltene Temperatur der erwähnten Komponenten gewährleistet weitgehend konstante Messsignale mit einhergehen den konsistenten, genauen Messergebnissen.
Es ist zu verstehen, dass durch die Temperiereinrichtung, die prinzipiell zum Küh len und/oder Heizen eingerichtet sein kann, grundsätzlich die Gesamtheit der ein zelnen Komponenten auf einer bestimmten Temperatur gehalten werden kann. Vorzugsweise werden hingegen einzelne Komponenten, insbesondere jede Strah lungsquelle und/oder jeder Strahlungsdetektor, getrennt auf einer spezifischen Temperatur gehalten, weil darüber die optische Ausgangsleistung bzw. die Emp findlichkeit jeweils mit eingestellt werden kann.
Bevorzugt erzeugt die LIF-Strahlungsquelle nach einer Ausgestaltung der Erfin dung Lichtpulse im Wellenlängenbereich wie beispielsweise 355 nm aber auch 405 nm oder kleiner, zum Beispiel im UV-Bereich mit 266 nm oder auch 213 nm, ohne hierauf beschränkt zu sein.
Weiterhin bevorzugt ist der LIF-Detektor zur Detektion der Fluoreszenzstrahlung als Photomultiplier ausgebildet ist, beispielsweise - jedoch ohne hierauf be schränkt zu sein - als Röhrenphotomultiplier oder Halbleiterchip-Photomultiplier (Si-Photomultiplier).
Nach einer noch weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die RS-Strahlungsquelle zur Erzeugung der für die Rückstreuungsmessung verwendeten RS-Strahlung als LED ausgebildet ist und der RS-Detektor zur Detektion der diffus rückgestreuten RS-Strahlung als Photodiode ausgebildet ist. Die Emissionswellenlänge der RS- Strahlungsquelle ist besonders bevorzugt derart gewählt, dass sie im Detektions wellenlängenbereich (z. B. im Maximum des Detektionsbereichs) des zur Detektion der Fluoreszenzstrahlung verwendeten LIF-Detektors enthalten ist, um vorteilhaft einen separaten, zusätzlichen Detektor zur Detektion der RS-Strahlung einzuspa ren. Die Emissionswellenlänge der RS-Strahlungsquelle kann beispielsweise 405 nm oder weniger betragen. Derartige Wellenlängen sind besonders geeignet zur Ölauflagenmessung auf Metallblechen/-bändern ist.
Weiterhin besonders bevorzugt, jedoch ohne hierauf beschränkt zu sein, ist die wenigstens eine IR-Strahlungsquelle zur Erzeugung der IR-Strahlung als MIR-LED ausgebildet und der IR-Detektor zur Detektion der diffus rückgestreuten IR- Strahlung als MIR-Photodiode ausgebildet. Zur Erzeugung der IR-Strahlung erster Wellenlänge kann beispielsweise eine Emissionswellenlänge von 3,5 pm gewählt sein, eine Emissionswellenlänge der IR-Strahlung zweiter Wellenlänge beispiels weise von 2,3 pm. Zur Detektion der IR-Strahlung beider Wellenlängen mit dem IR-Detektor (z. B. MIR-Photodiode) muss nach dieser Ausgestaltung keine weitere Wellenlängenselektion am IR-Detektor vorgenommen werden. Der Empfindlich keitsbereich des IR-Detektors (z. B. Photodiode) ist dazu auf die IR-Strahlung der eingesetzten IR-Strahlungsquelle(n) abgestimmt und wird vom allgemeinen Um gebungslicht normalerweise nicht (wesentlich) beeinflusst. Zur Sicherheit kann durch eine zusätzliche Messung des Nullsignals der IR-Detektoren (z. B. Photodi ode) beispielsweise jeweils vor dem Einschalten der IR-Strahlungsquelle(n) auto matisch das Untergrundsignal auch noch erfasst und anschließend zur Korrektur des von den IR-Detektoren ausgegebenen Messsignals verwendet werden.
Gemäß einer noch weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der IR- Intensitätsdetektor zur Bestimmung der Ausgangsintensität der von der wenigs tens einen IR-Strahlungsquelle erzeugten IR-Strahlung als MIR-Photodiode ausge bildet.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung erzeugt die LIF- Strahlungsquelle den Lichtpuls mit einer Taktfrequenz im kHz-Bereich, vorzugs weise in einem Bereich von 8-12 kHz und besonders bevorzugt im Bereich von 10- 11 kHz. Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine Druckluft leiteinrichtung vorgesehen, die eingerichtet und angeordnet ist, den Lichtweg des Lichtpulses und/oder den Lichtweg der IR-Strahlung der wenigstens einen IR- Strahlungsquelle und/oder den Lichtweg der RS-Strahlung der RS- Strahlungsquelle mit Druckluft von Verunreinigungen freizuhalten. Hierdurch wird ein störungsfreier und zuverlässiger Messbetrieb der Vorrichtung sichergestellt, da die Lichtwege der drei unterschiedlichen Messverfahren (LIF-Messung, IR- Messung, RS-Messung) jeweils vorzugsweise mit ölfreier, entfeuchteter, gefilterter Druckluft geeignet gereinigt werden, insbesondere von Dämpfen, Feuchtigkeit o- der Nebeln freigehalten werden. Sind beispielsweise eine oder mehrere der Kom ponenten LIF-Strahlungsquelle, LIF-Detektor, IR-Strahlungsquelle, IR-Detektor, RS-Strahlungsquelle, RS-Detektor, als eine bauliche Einheit in einem Messkopf zu sammengefasst, können beispielsweise bei einem automatisierten inline-Betrieb des Messkopfs, das heißt bei einer quer zu einer Vorschubrichtung des Substrats während des Messvorgangs verlaufenden automatischen Messwerterfassung, oder bei einer Anordnung des Messkopfes unterhalb des Substrats zur Messwerterfas sung der Substratunterseite, jeweilige Lichtaustrittsöffnungen des Messkopfs von Dämpfen und/oder Partikeln, zum Beispiel Staub, Tröpfchen und dergleichen frei gehalten werden, um einen störungsfreien Betrieb der Vorrichtung zu gewährleis ten.
In einer noch weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind zumindest die wenigstens eine IR-Strahlungsquelle, der wenigstens eine IR-Detektor und die RS-Strahlungsquelle als eine bauliche Einheit in einem Messkopf aufgenommen, wobei die IR-Strahlungsquelle und der LIF-Detektor über jeweilige Glasfaserbündel mit dem Messkopf in strahlungsübertragender Weise verbunden sind. Mit anderen Worten können die LIF-Strahlungsquelle und der LIF-Detektor abgesetzt vom Messkopf angeordnet sein, beispielsweise in einem Schaltschrank der Messvorrich tung.
In einer anderen Ausgestaltung können die LIF-Strahlungsquelle und/oder der LIF- Detektor ebenfalls im Messkopf aufgenommen sein.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Be schreibung nicht einschränkend zu verstehender Ausführungsbeispiele der Erfindung, die im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert wird. In dieser Zeichnung zeigen schematisch:
Fig. 1 eine Seitenansicht und eine Unteransicht eines Ausführungsbeispiels einer Messvorrichtung gemäß der Erfindung,
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht von schräg oben auf ein Ausführungsbei spiel eines Messkopfes der Messvorrichtung aus Fig. 1,
Fig. 3 zwei Pulsdiagramme zur Erläuterung einer zeitlichen Abfolge unter schiedlicher Messverfahren in einem Ausführungsbeispiel eines Ver fahrens zur Bestimmung eines Maßes einer Oberflächenbelegung ei ner ein Substrat wenigstens teilweise belegenden Substanz gemäß der Erfindung und
Fig. 4 mehrere Pulsdiagramme zur Erläuterung eines zeitlichen Ablaufs mehrerer Verfahrensschritte des Verfahrens aus Fig. 3.
In den unterschiedlichen Figuren sind hinsichtlich ihrer Funktion gleichwertige Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, so dass diese in der Regel auch nur einmal beschrieben werden.
Fig. 1 stellt schematisch eine Seitenansicht (a) und eine Unteransicht (b) eines Ausführungsbeispiels einer Messvorrichtung 1 gemäß der Erfindung dar. Die Mess vorrichtung 1 weist einen Messkopf oder auch mehrere Messköpfe 2, 2' auf. In Fig. la ist eine beispielhafte Anordnung des Messkopfes 2 unterhalb eines Substrats 3 dargestellt. Die gestrichelte Darstellung des Messkopfes 2' stellt eine ebenfalls mögliche Anordnung des Messkopfes oberhalb des Substrats 3 dar. Die konkrete Anordnung des Messkopfes 2, 2' kann je nach Anwendungsfall gewählt werden. Das Substrat 3 kann beispielsweise ein Substratband sein.
Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel der Messvorrichtung 1 ist der Messkopf 2, 2' über Glasfaserbündel 31 (und/oder nicht näher dargestellte Ener- gieversorgungs- und/oder Steuerleitungen) mit einem Schaltschrank 30 verbun den, wie nachstehend noch ausführlicher dargelegt werden wird. Des Weiteren ist in Fig. 1 angedeutet, dass das Substrat 3 während des mit dem Messkopf 2, 2' ausgeführten Messvorgangs in einer Vorschub- bzw. Transportrich tung 4 bewegt werden kann. Die Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt. So kann das Substrat 3 während der Durchführung des Messvorgangs auch stationär sein, also feststehen.
Eine quer zur Vorschubrichtung 4 verlaufende Querrichtung ist in Fig. 1 mit dem Bezugszeichen 32 gekennzeichnet.
Der Messkopf 2, 2' kann an einer Traversiervorrichtung (nicht dargestellt) befestigt sein und während des Messvorgangs in Querrichtung 32 über das Substrat 3 tra- versiert werden. In einem solchen Fall ergibt sich für den gesamten Messvorgang ein meandrierender, wellenartiger Messbereich 5 (auch Messspur) auf dem Sub strat 3. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der Messvorrichtung 1 wird eine Geschwindigkeit in Vorschubrichtung 4 größer oder gleich einer Ge schwindigkeit des Messkopfs 2, 2' in Querrichtung 31 gewählt, so dass der mean- drierende Messbereich 5 die Messspur über einen Großteil der Querrichtung 31 des Substrats 3 einen Winkel zur Querrichtung 31 größer oder gleich 45 aufweist, wie in Fig. lb zu erkennen ist.
Alternativ zu einer Traversierung des Messkopfes 2, 2' kann dieser während der Durchführung eines Messvorgangs aber auch stationär sein und somit einen ver hältnismäßig lokal begrenzten Messbereich 5' beleuchten, wie er beispielhaft eben falls in Fig. lb dargestellt ist.
In einer noch weiteren alternativen Verwendung kann der Messkopf 2, 2' außer dem auch rein manuell von einem Bediener platziert werden, um eine Oberflä chenbelegung des Substrats 3 zu bestimmen.
Grundsätzlich kann die traversierende Bewegung des Messkopfes 2, 2' auch dazu genutzt werden, diesen seitlich neben dem Substrat 3 (z. B. Substratband) zu positionieren, um dort auf einem speziellen (nicht dargestellten) Probenhalter (Probenschublade) Vergleichs- oder Referenzproben messen zu können.
Wie Fig. 1 weiter zu entnehmen ist, weist das Substrat 3 eine Oberflächenbelegung einer Substanz 6, 6' auf, wobei in Fig. la die Substanz 6 beispielhaft auf einer Unterseite des Substrats 3 angeordnet ist und die Substanz 6' beispielhaft auf einer Oberseite des Substrats 3. Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel belegt die Substanz 6 bzw. 6' die jeweilige Unter- bzw. Oberseite des Substrats 3 vollständig, was jedoch nicht zwingend erforderlich ist. Lediglich eine abschnitts weise oder lokal begrenzte Belegung des Substrats 3 mit der Substanz 6, 6' ist ebenfalls möglich.
Des Weiteren ist in Fig. 1 zu erkennen, dass das Substrat 3 bei dem gezeigten Beispiel ein flächenhaft ausgedehntes Substrat ist, vorliegend insbesondere ein Metallblech bzw. Metallband, ohne hierauf beschränkt zu sein. Die Substanz 6, 6' ist vorliegend eine kohlenwasserstoffhaltige, ungesättigte chemische Bindungs strukturen aufweisende Substanz, zum Beispiel ein Öl oder Schmierstoff, ohne je doch hierauf beschränkt zu sein.
Fig. 2 stellt eine perspektivische Ansicht von schräg oben auf den Messkopf 2 der Messvorrichtung 1 aus Fig. 1 dar. Die Messvorrichtung 1 dient dem quantitativen Nachweis der Oberflächenbelegung der das Substrat 3 belegenden Substanz 6. Die Vorrichtung weist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel der Fig. 2 eine LIF- Strahlungsquelle (vorliegend eine Laserstrahlungsquelle) 7 zur Erzeugung eines Licht-/Laserpulses vorherbestimmter Wellenlänge auf, vorliegend beispielsweise 355 nm oder auch 405 nm oder kleiner, zum Beispiel UV-Licht im Bereich bis 266 nm oder 213 nm. Wie in Fig. 2 dargestellt, ist die LIF-Strahlungsquelle 7 nicht im Messkopf 2 selbst angeordnet, sondern in dem Schaltschrank 30 der Messvorrich tung 1 aufgenommen. Der von der LIF-Strahlungsquelle 7 erzeugte Lichtpuls wird über entsprechend angeordnete Glasfaserbündel 31 in den Messkopf 2 geleitet, wo eine Optik (nicht dargestellt) den Lichtpuls auf den Messbereich 5, 5' lenkt. Somit ist die LIF-Strahlungsquelle 7 eingerichtet und angeordnet, den Messbereich 6 bzw. 6' auf dem Substrat 3 mit dem Lichtpuls zu beleuchten.
Weiterhin weist die Messvorrichtung 1 einen der LIF-Strahlungsquelle 7 zugeord neten LIF-Detektor 8 auf, der in dem gezeigten Ausführungsbeispiel ebenfalls in dem Schrank 30 angeordnet ist und nicht in dem Messkopf 2 selbst. Die vom Mess bereich 5, 5' abgestrahlte Fluoreszenzstrahlung wird ebenfalls über ein Glasfaser bündel 31 vom Messkopf 2 zum LIF-Detektor 8 übertragen. Somit ist der LIF- Detektor 8 eingerichtet und angeordnet, eine von dem Messbereich 5, 5' abge strahlte Fluoreszenzstrahlung zur Durchführung einer zeitaufgelösten, lichtinduzierten Fluoreszenzmessung (LIF-Messung) zu detektieren. Aus der LIF- Messung wird ein erstes Oberflächenbelegungsmaß, insbesondere ein Flächenge wicht, der Substanz 6, 6' auf dem Substrat 3 bestimmt.
Es ist zu verstehen, dass die LIF-Strahlungsquelle 7 und/oder der LIF-Detektor 8 ebenfalls direkt im Messkopf 2 aufgenommen sein können, wie dies in Fig. 2 mit dem entsprechenden, in Klammern gesetzten Bezugszeichen 7, 8 und der gestri chelten Bezugszeichenlinie angedeutet sein soll.
Dem in Fig. 2 gezeigten Messkopf 2 sind zwei erste IR-Strahlungsquellen 9 zur Erzeugung einer IR-Strahlung erster Wellenlänge, vorliegend 3,5 pm, sowie zwei zweite IR-Strahlungsquellen 10 zur Erzeugung einer IR-Strahlung zweiter Wellen länge, vorliegend 2,3 pm, zu entnehmen. Alle IR-Strahlungsquellen 9 und 10 sind bei dem beispielhaften Messkopf 2 als MIR-LEDs ausgebildet. Beide erste und zweite IR-Strahlungsquellen 9, 10 sind jeweils eingerichtet und angeordnet, den Messbereich 5, 5' auf dem Substrat 3 mit der IR-Strahlung erster bzw. zweiter Wellenlänge zu beleuchten.
Weiterhin weist der in Fig. 2 dargestellte Messkopf 2 einen einzigen IR-Detektor 11, vorliegend durch eine MIR-Photodiode gebildet, auf, der eingerichtet und an geordnet ist, die vom Messbereich 5, 5' während des Beleuchtens mit der ersten IR-Strahlungsquelle 9 und während des Beleuchtens mit der zweiten IR- Strahlungsquelle 10 jeweils diffus rückgestreute IR-Strahlung erster bzw. zweiter Wellenlänge zur Durchführung einer Infrarot-Absorptionsmessung (IR-Messung) zu detektieren, um hieraus ein zweites Oberflächenbelegungsmaß, insbesondere eine Dicke der Belegung am Ort des Messbereichs 5, 5', der Substanz 6, 6' auf dem Substrat 3 zu bestimmen. Für die Infrarot-Absorptionsmessung ist die erste Wellenlänge derart gewählt, dass die IR-Strahlung erster Wellenlänge von der nachzuweisenden Substanz 6,6' absorbiert wird, und die zweite Wellenlänge derart gewählt, dass die IR-Strahlung zweiter Wellenlänge von der nachzuweisenden Substanz 6,6' nicht absorbiert, sondern vom unterliegenden Substrat 6, 6' im We sentlichen rückgestreut wird.
In Fig. 2 ist ferner die spezielle Anordnung der insgesamt vier IR-Strahlungsquellen 9 und 10 zu erkennen. Die zwei ersten IR-Strahlungsquellen 9 und die zwei zweiten Strahlungsquellen 10 sind vorliegend in jeweils einer Ecke eines alle vier IR- Strahlungsquellen 9 und 10 umgebenden (gedachten) Vierecks (von oben auf den Messkopf 2 geschaut) angeordnet. Hierbei stehen sich die beiden ersten IR- Strahlungsquellen 9 diametral gegenüber und die beiden zweiten IR- Strahlungsquellen 10 stehen sich diametral gegenüber, so dass die Lichtwege der von den ersten IR-Strahlungsquellen 9 erzeugten IR-Strahlung erster Wellenlänge die Lichtwege der von den zweiten IR-Strahlungsquellen 10 erzeugten IR- Strahlung zweiter Wellenlänge in einer sich kreuzenden Anordnung ausgerichtet sind. Insbesondere wird der Messbereich 5, 5' durch die spezielle geometrische Anordnung der IR-Strahlungsquellen 9, 10 sowohl von der IR-Strahlung derselben Wellenlänge als auch von der IR-Strahlung unterschiedlicher Wellenlänge jeweils aus einer anderen Raumrichtung beleuchtet. Alle IR-Strahlungsquellen 9 und 10 beleuchten denselben Messfleck.
Des Weiteren weist der Messkopf 2 in Fig. 2 eine zusätzliche RS-Strahlungsquelle 12, vorliegend durch eine LED gebildet, zur Erzeugung einer RS-Strahlung auf. Die Emissionswellenlänge der RS-Strahlungsquelle 12 ist bevorzugt stets an den De tektionswellenlängenbereich des zur Detektion der Fluoreszenzstrahlung verwen deten LIF-Detektors 8 angepasst. Vorliegend beträgt die Emissionswellenlänge der RS-Strahlungsquelle 12 beispielhaft 405 nm.
Die RS-Strahlungsquelle 12 ist eingerichtet und angeordnet, den Messbereich 5, 5' auf dem Substrat 3 mit der RS-Strahlung zu beleuchten. Als RS-Detektor, der eingerichtet und angeordnet ist, die vom Messbereich 5, 5' während des Beleuch- tens diffus rückgestreute RS-Strahlung zur Durchführung einer Rückstreuungs messung zu detektieren, um eine Korrekturmessgröße zu bestimmen, auf deren Grundlage das erste und das zweite Oberflächenbelegungsmaß korrigiert werden kann, ist vorliegend in besonders vorteilhafter Weise der LIF-Detektor 8 der LIF- Messung vorgesehen.
Das in Fig. 2 gezeigte Ausführungsbeispiel des Messkopfes 2 weist weiterhin ins gesamt vier Strahlteiler 13 auf, von denen in Fig. 2 drei zu erkennen sind. Jeder Strahlteiler 13 ist jeweils im Lichtweg der von der entsprechenden IR- Strahlungsquelle 9 bzw. 10 erzeugten IR-Strahlung erster bzw. zweiter Wellen länge angeordnet und koppelt einen Teil der erzeugten IR-Strahlung vor dem Auf treffen auf den Messbereich 5, 5' aus. Der jeweils ausgekoppelte Teil der IR- Strahlung erster und zweiter Wellenlänge wird von dem entsprechenden Strahlteiler 13 auf einen einzigen IR-Intensitätsdetektor 14, vorliegend als MIR- Photodiode ausgebildet, gelenkt, um die augenblickliche Ausgangsintensität 10 der von allen IR-Strahlungsquellen 9 und 10 erzeugte IR-Strahlung zu bestimmen. Aus dem Lambert- Beer-Gesetz kann dann mit Hilfe der von dem IR-Intensitätsdetektor 14 erfassten Ausgangsintensität 10 und der von dem IR-Detektor 11 erfassten In tensität I der vom Messbereich 5, 5' rückgestreuten IR-Strahlung die Dicke der Belegung des Substrats 3 mit der Substanz 6, 6' im Messbereich 5, 5' bestimmt werden.
Obwohl nicht zwingend erforderlich, so sind bei dem vorliegenden Messkopf 2 die ersten und zweiten IR-Strahlungsquellen 9 und 10 eingerichtet, die Intensität der jeweils erzeugten IR-Strahlung erster bzw. zweiter Wellenlänge dynamisch auf ei nen Sollwert anzupassen. Eine entsprechende, in Fig. 2 nicht gezeigte Steuerein richtung zur Steuerung der IR-Strahlungsquellen 9 und 10 ist hierzu vorgesehen.
Gleichfalls, jedoch ohne Beschränkung der Erfindung, sind bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel des Messkopfes 2 auch die RS-Strahlungsquelle 12 und die LIF-Strahlungsquelle 7 jeweils mit einem nicht dargestellten Überwachungsmittel zur Überwachung der aktuellen Strahlungsintensität der von jeder Quelle erzeug ten RS- bzw. LIF-Lichtstrahlung versehen. Die RS-Strahlungsquelle 12 und die LIF- Strahlungsquelle 7 sind ferner jeweils eingerichtet, die Intensität ihrer erzeugten Strahlung dynamisch auf einen Sollwert anzupassen, wozu jeweils eine nicht dar gestellte Steuereinrichtung vorgesehen ist. Das jeweilige Überwachungsmittel und die jeweilige Steuereinrichtung sind vorliegend jeweils in einer einzigen Kompo nente zusammengefasst.
Fig. 3 stellt zwei Pulsdiagramme (a) und (b) zur Erläuterung einer zeitlichen Ab folge der unterschiedlichen Messverfahren, das heißt LIF-Messung, IR- Absorptionsmessung und Rückstrahlungsmessung (RS-Messung), in einem Aus führungsbeispiel eines mit der Messvorrichtung 1 durchgeführten Verfahrens zur Bestimmung der beiden Oberflächenbelegungsmaße der das Substrat 3 belegen den Substanz 6, 6' gemäß der Erfindung dar.
In Fig. 3a ist eine zeitliche Abfolge einer an sich bekannten LIF-Messung darge- stellt. Nachdem ein Lichtpuls 15 von der LIF-Strahlungsquelle 7 erzeugt wurde, werden nach einer vorbestimmten Trigger-Verzögerung 16 in einem ersten Zeitfenster 17 und einem vom ersten Zeitfenster 17 beabstandeten zweiten Zeit fenster 18 sowohl vom Substrat 3 abhängige Untergrundsignale 19 (Pulsform oder Abklingkurve) als auch ein im Wesentlichen von der das Substrat 3 belegenden Substanz 6, 6' abhängende Nutzsignal 20 im Rahmen der zeitintegrierten, lichtin duzierten Fluoreszenzmessung erfasst und hieraus das erste Oberflächenbele gungsmaß (z. B. Flächengewicht) der Substanz 6, 6' bestimmt. In einem dritten Zeitfenster 21, das in einer vorbestimmten festen Verzögerungszeitdauer 22 von dem zweiten Zeitfenster 18 beabstandet ist, so dass die Fluoreszenzstrahlung (im Wesentlichen) vollständig abgeklungen ist, wird vorliegend zusätzlich eine Umge bungslichtmessgröße durch Erfassen des von dem LIF-Detektor 8 ausgegebenen Umgebungslicht-Messsignals 23 im dritten Zeitfenster 21 bestimmt, die zur Kor rektur des durch die während der LIF-Messung vom Messbereich 5, 5' abgestrahl ten und vom LIF-Detektor 8 detektierten Fluoreszenzstrahlung hervorgerufenen Messignals herangezogen wird. Zusätzlich wird vorliegend die in Schritt c zu be stimmende Detektion der vom Messbereich 5, 5' diffus rückgestreuten RS- Strahlung ebenfalls auf Grundlage dieser bestimmten Umgebungslichtmessgröße korrigiert.
Für eine weitergehende, detailliertere Beschreibung der Durchführung einer allge meinen LIF-Messung sei erneut auf die DE 195 07 119 C2 verwiesen.
In Fig. 3b ist gezeigt, dass bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel des Nach weisverfahrens zwischen einer regelmäßigen Wiederholung zweier Lichtpulse 15, vorliegend mit einer Taktfrequenz von 10 kHz, ein weiteres Zeitfenster 24 zur Durchführung der Rückstreuungsmessung nach jeder einzelnen Fluoreszenzmes sung (LIF-Messung) eingefügt ist.
Damit verbleibt bei dem hier beispielhaft beschriebenen Nachweisverfahren ein Zeitraum 25 von etwa 70 ps, in dem vorliegend die Infrarot-Absorptionsmessung (IR-Messung) durchgeführt wird.
Damit sind in besonders vorteilhafter Weise sowohl die Rückstreuungsmessung (RS-Messung) als auch die IR-Absorptionsmessung (IR-Messung) innerhalb der Periodendauer der eigentlichen LIF-Messung vollständig eingebunden. Fig. 4 stellt mehrere Pulsdiagramme zur Erläuterung eines zeitlichen Ablaufs meh rerer Verfahrensschritte des Verfahrens aus Fig. 3 dar. Die einzelnen Abbildungen zeigen:
Fig. 4a Erzeugen des Lichtpulses 15 und Beleuchten des Messbereiche 5, 5', Fig. 4b Triggerverzögerung 16,
Fig. 4c Erfassen der Fluoreszenzsignale im ersten Zeitfenster 17 (Unter grundsignal 19 & Fluoreszenz 20) mit LIF-Detektor 8,
Fig. 4d Erfassen der Fluoreszenzsignale im zweiten Zeitfenster 18 (Fluores zenz 20) mit LIF-Detektor 8,
Fig. 4e Erfassen des Umgebungslichtsignals 23 im dritten Zeitfenster 21 mit LIF-Detektor 8 zur Korrektur der Messsignale in den Zeitfenstern 17 und 18 sowie 24
Fig. 4f Beleuchten des Messbereichs 5, 5' mit RS-Strahlung aus der RS- Strahlungsquelle 12,
Fig. 4g Erfassen der rückgestreuten RS-Strahlung mit LIF-Detektor 8,
Fig. 4h Aktivieren der ersten IR-Strahlungsquellen 9 und Beleuchten des Messbereichs 5, 5',
Fig. 4i Erfassen des diffus rückgestreuten ersten IR-Absorptionssignals Fig. 4j Aktivieren der zweiten IR-Strahlungsquellen 10 und Beleuchten des Messbereichs 5, 5' und
Fig. 4k Erfassen des diffus rückgestreuten zweiten IR-Absorptionssignals.
Die Fig. 4a-e bilden hierbei die LIF-Messung, Fig. 4f-g die Rückstreuungsmessung (RS-Messung) und die Fig. 4h-k die IR-Absorptionsmessung (IR-Messung).
Die in Fig. 4 gezeigten Schritte werden im Takt der LIF-Strahlungsquelle (bevor zugte Taktfrequenz etwa 10 kHz) wiederholt.
Der Messkopf 2 kann anschließend zu einem anderen Messbereich 5, 5' bewegt werden, wo die gesamten Schritte erneut ausgeführt werden. Der Messkopf 2 kann auch (bevorzugt automatisch) quer zur Vorschubrichtung 4 des Substrats 3 in Qu errichtung 32 traversiert werden, während das Substrat 3 ebenfalls automatisch in Vorschubrichtung 4 transportiert wird. Hierbei kann der Messvorgang dann quasi kontinuierlich durchgeführt werden, so dass sich die in Fig. lb gezeigte meandrie- rende Messspur 5 ergibt. Das hierin offenbarte erfindungsgemäße Nachweisverfahren sowie die hierin offen barte erfindungsgemäße Messvorrichtung sind nicht auf die hierin jeweils offen barten Ausführungsformen beschränkt, sondern umfassen auch gleich wirkende weitere Ausführungsformen, die sich aus technisch sinnvollen weiteren Kombina tionen der hierin beschriebenen Merkmale des Nachweisverfahrens sowie der Messvorrichtung ergeben. Insbesondere sind die hierin vorstehend in der allge meinen Beschreibung und der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen nicht nur in den jeweils hierin explizit angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kom binationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
In bevorzugter Ausführung wird die erfindungsgemäße Messvorrichtung zur Durch- führung des hierin beschriebenen, erfindungsgemäßen Nachweisverfahrens ver wendet, um unterschiedlichste Substanzen, insbesondere deren Oberflächenbele gung auf verschiedenen Substraten, die von der Substanz wenigstens teilweise belegt sind, quantitativ nachzuweisen. Besonders bevorzugt findet die Verwen dung für den Nachweis von kohlenwasserstoffhaltigen Substanzen, zum Beispiel Ölen, Schmierstoffen, Korrosionsschutzmitteln und dergleichen, auf metallischen Substraten, beispielsweise Metallblechen, Metallbändern etc., statt, ohne jedoch hierauf beschränkt zu sein.
Bezugszeichenliste
1 Messvorrichtung
2 Messkopf in unterer Anordnung
2' Messkopf in oberer Anordnung
3 Substrat
4 Vorschub-/! ransportrichtung
5 (Meandrierender) Messbereich
5' Messbereich
6 Unterseitige Substanz
6' Oberseitige Substanz
7 LIF-Strahlungsquelle
8 LI F- Detektor / RS- Detektor
9 Erste IR-Strahlungsquelle / MIR-LED
10 Zweite IR-Strahlungsquelle / MIR-LED
11 IR-Detektor/ MIR-Photodiode
12 RS-Strahlungsquelle / LED
13 Strahlteiler
14 IR-Intensitätsdetektor / MIR-Photodiode
15 Lichtpuls
16 Trigger-Verzögerung
17 Erstes Zeitfenster
18 Zweites Zeitfenster
19 LIF-Untergrundsignale
20 LIF-Nutzsignal
21 Drittes Zeitfenster
22 Feste Verzögerungsdauer
23 Umgebungslicht-Messsignal
24 Zeitfenster für RS-Messung
25 Zeitraum für IR-Absorptionsmessung
30 Schaltschrank
31 Glasfaserbündel
32 Querrichtung
10 Ausgangsintensität
I Rückgestreute Intensität IR Infrarot
LIF Lichtinduzierte Fluoreszenz RS Rückstreuung t Zeit

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum quantitativen Nachweis einer Oberflächenbelegung einer ein Substrat (3) wenigstens teilweise belegenden Substanz (6, 6'), aufweisend die Schritte: a. Bestimmen eines ersten Oberflächenbelegungsmaßes der Substanz (6, 6') auf dem Substrat (3) mittels einer zeitaufgelösten, lichtinduzierten Fluo reszenzmessung (LIF) durch Beleuchten eines Messbereichs (5, 5') auf dem Substrat (3) mit einem Lichtpuls (15) vorherbestimmter Wellenlänge und zeitlich aufgelöstes Detektieren einer vom Messbereich (5, 5') abge strahlten Fluoreszenzstrahlung mit einem LIF-Detektor (8), b. Bestimmen eines zweiten Oberflächenbelegungsmaßes der Substanz (6, 6') auf dem Substrat (3) mittels einer Infrarot-Absorptionsmessung (IR) durch Beleuchten des Messbereichs (5, 5') auf dem Substrat (3) sowohl mit IR-Strahlung einer ersten Wellenlänge, die in einem Absorptionsbe reich der nachzuweisenden Substanz (6, 6') liegt, als auch mit IR- Strahlung einer zweiten Wellenlänge, die in einem Nicht-Absorptionsbe- reich der nachzuweisenden Substanz (6, 6') liegt, und Detektieren der vom Messbereich (5, 5') diffus rückgestreuten IR-Strahlung erster und zweiter Wellenlänge mit wenigstens einem IR-Detektor (11), gekennzeichnet durch c. Bestimmen einer Korrekturmessgröße mittels einer Rückstreuungsmes sung (RS) durch Beleuchten des Messbereichs (5, 5') auf dem Substrat (3) mit einer RS-Strahlung vorherbestimmter Wellenlänge und Detektie ren der vom Messbereich (5, 5') während des Beleuchtens diffus rückge streuten RS-Strahlung und d. Korrigieren der/des unter Schritt a und/oder Schritt b bestimmten Ober- flächenbelegungsmaße/s auf der Grundlage der in Schritt c bestimmten Korrekturmessgröße.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die diffus rückgestreute RS-Strahlung in Schritt c mit dem LIF-Detektor (8) detektiert wird wie die Fluoreszenzstrahlung in Schritt a, wobei die Wellen länge der bei der RS-Messung in Schritt c verwendeten RS-Strahlung an einen bei der Fluoreszenzmessung verwendeten Detektionswellenlängenbereich des LIF-Detektors (8) in Schritt a angepasst wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektion der rückgestreuten IR-Strahlung in Schritt b und/oder die De tektion der rückgestreuten RS-Strahlung in Schritt c für ein Erkennen einer Kante des Substrats (3) verwendet wird/werden.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aktuelle Strahlungsintensität der bei der RS-Messung in Schritt c verwen deten RS-Strahlung überwacht und dynamisch auf einen vorherbestimmten Sollwert angepasst und/oder die Messwerte auf die aktuelle Strahlungsinten sität normiert wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Messbereich (5, 5') in Schritt b mit der IR-Strahlung erster Wellenlänge aus wenigstens zwei unterschiedlichen Raumrichtungen beleuchtet wird und/oder der Messbereich (5, 5') in Schritt b mit der IR-Strahlung zweiter Wellenlänge aus wenigstens zwei unterschiedlichen Raumrichtungen beleuch tet wird.
6. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtung des Messbereichs (5, 5') in Schritt b mit der IR-Strahlung erster Wellenlänge aus unterschiedlichen Raumrichtungen gleichzeitig erfolgt und/oder die Beleuchtung des Messbereichs (5, 5') in Schritt b mit der IR- Strahlung zweiter Wellenlänge aus unterschiedlichen Raumrichtungen gleich zeitig erfolgt.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtung des Messbereichs (5, 5') in Schritt b mit der IR-Strahlung erster Wellenlänge und die Beleuchtung des Messbereichs (5, 5') in Schritt b mit der IR-Strahlung zweiter Wellenlänge in aneinandergrenzenden oder zu einander beabstandeten Zeitintervallen durchgeführt wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtung des Messbereichs (5, 5') in Schritt b mit der IR-Strahlung erster Wellenlänge und die Beleuchtung des Messbereichs (5, 5') in Schritt b mit der IR-Strahlung zweiter Wellenlänge aus unterschiedlichen Raumrich tungen erfolgt.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die IR-Strahlung erster und zweiter Wellenlänge in Schritt b mit einem einzi gen IR-Detektor (11) detektiert wird, wobei der IR-Detektor (11) derart ge wählt wird, dass sein Detektionswellenlängenbereich die erste Wellenlänge und zweite Wellenlänge der jeweiligen IR-Strahlungen enthält.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor Schritt b und/oder nach Schritt b und/oder innerhalb des Schritts b zwi schen dem Beleuchten mit der IR-Strahlung erster und zweiter Wellenlänge, wenn die Beleuchtung des Messbereichs (5, 5') mit der IR-Strahlung abge stellt ist, zusätzlich eine Nullmessgröße durch Erfassen des von dem/den IR- Detektor/en (11) unter dieser Betriebsbedingung ausgegebenen Nullmess signals bestimmt wird, wobei die Detektion der jeweiligen rückgestreuten IR- Strahlung beim Beleuchten des Messbereichs (5, 5') in Schritt b auf Grund lage der bestimmten Nullmessgröße korrigiert wird.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt a nach dem Detektieren der im Messbereich (5, 5') abgestrahlten Fluoreszenzstrahlung, nachdem die abgestrahlte Fluoreszenzstrahlung abge klungen ist, zusätzlich eine Umgebungslichtmessgröße durch Erfassen des von dem LIF-Detektor (8) unter dieser Betriebsbedingung ausgegebenen Messsignals bestimmt wird, wobei die Detektion der vom Messbereich (5, 5') abgestrahlten Fluoreszenzstrahlung in Schritt a und die Detektion der vom Messbereich (5, 5') rückgestreute RS-Strahlung in Schritt c auf Grundlage der bestimmten Umgebungslichtmessgröße korrigiert wird.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsintensität (10) der in Schritt b zur Beleuchtung des Messbereichs (5, 5') verwendeten IR-Strahlung erster Wellenlänge durch Auskoppeln eines Teils dieser IR-Strahlung vor dem Auftreffen auf den Messbereich (5, 5') und Lenken auf einen IR-Intensitätsdetektor (14) bestimmt wird und/oder die Ausgangsintensität (10) der in Schritt b zur Beleuchtung des Messbereichs (5, 5') verwendeten IR-Strahlung zweiter Wellenlänge durch Auskoppeln eines Teils dieser IR-Strahlung vor dem Auftreffen auf den Messbereich (5, 5') und Lenken auf den zuvor genannten IR-Intensitätsdetektor (14) oder einen wei teren IR-Intensitätsdetektor bestimmt wird.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aktuelle Strahlungsintensität der in Schritt b verwendeten IR-Strahlung erster und/oder zweiter Wellenlänge dynamisch auf einen vorherbestimmten Sollwert angepasst wird.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aktuelle Strahlungsintensität des in Schritt a verwendeten Lichtpulses (15) überwacht und dynamisch auf einen vorherbestimmten Sollwert ange passt und/oder die Messwerte auf die aktuelle Strahlungsintensität normiert wird.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Betriebstemperatur von wenigstens die IR-Strahlung erzeugenden und/oder die IR-Strahlung detektierenden und/oder diese elektronisch steu ernden Komponenten mit einer Temperiereinrichtung auf eine vorherbe stimmte Temperatur konstant gehalten wird.
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtweg des Lichtpulses (15) in Schritt a und/oder der Lichtweg der IR- Strahlung in Schritt b und/oder der Lichtweg der RS-Strahlung in Schritt c mit Druckluft von Verunreinigungen freigehalten wird.
17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte a, b und c in der Reihenfolge a, c, b nacheinander ausgeführt werden.
18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte a, b, c und d mit einer Frequenz wiederholt ausgeführt werden, die einem Takt einer den Lichtpuls in Schritt a erzeugenden LIF- Strahlungsquelle (7) entspricht.
19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte a, b, c und d mit einer vorherbestimmten Frequenz wiederholt ausgeführt werden, während das Substrat (3) in eine Vorschubrichtung (4) bewegt wird und der Messbereich (5) in einer quer zur Vorschubrichtung (4) verlaufenden Querrichtung (32) verschoben wird, wobei eine Geschwindigkeit des Substrats (3) in Vorschubrichtung (4) größer oder gleich einer maximalen Geschwindigkeit der Verschiebung des Messbereichs (5) in der Querrichtung (32) gewählt wird.
20. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (3) aus einem Meta II Werkstoff gebildet ist, bevorzugt ein flä chenhaft ausgedehntes Flachprodukt ist, wie zum Beispiel ein Metallblech, Metallband und dergleichen.
21. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Substanz (6, 6') eine kohlenwasserstoffhaltige, ungesättigte chemische Bindungsstrukturen aufweisende Substanz ist, insbesondere ein Öl, ein Schmierstoff, eine Passivierung, ein Klebstoff, ein Lack und dergleichen.
22. Messvorrichtung zum quantitativen Nachweis einer Oberflächenbelegung ei ner ein Substrat (3) wenigstens teilweise belegenden Substanz (6, 6'), auf weisend:
- eine LIF-Strahlungsquelle (7) zur Erzeugung eines Lichtpulses (15) vor herbestimmter Wellenlänge, wobei die LIF-Strahlungsquelle (7) einge richtet und angeordnet ist, einen Messbereich (5, 5') auf dem Substrat (3) mit dem Lichtpuls (15) zu beleuchten,
- einen LIF-Detektor (8), der eingerichtet und angeordnet ist, eine von dem Messbereich (5, 5') abgestrahlte Fluoreszenzstrahlung zur Durch führung einer zeitaufgelösten, lichtinduzierten Fluoreszenzmessung (LIF) zu detektieren, um ein erstes Oberflächenbelegungsmaß der Sub stanz (6, 6') auf dem Substrat (3) zu bestimmen,
- wenigstens eine IR-Strahlungsquelle (9, 10) zur Erzeugung einer IR- Strahlung vorherbestimmter erster Wellenlänge, die in einem Absorpti onsbereich der nachzuweisenden Substanz (6, 6') liegt, und/oder zur Erzeugung einer IR-Strahlung vorherbestimmter zweiter Wellenlänge, die in einem Nicht-Absorptionsbereich der nachzuweisenden Substanz (6, 6') liegt, wobei die IR-Strahlungsquelle (9, 10) eingerichtet und an geordnet ist, den Messbereich (5, 5') auf dem Substrat (3) mit der IR- Strahlung erster und/oder zweiter Wellenlänge zu beleuchten,
- wenigstens einen IR-Detektor (11), der eingerichtet und angeordnet ist, die vom Messbereich (5, 5') während des Beleuchtens mit der IR- Strahlungsquelle (9) diffus rückgestreute IR-Strahlung erster Wellen länge und/oder die vom Messbereich (5, 5') diffus rückgestreute IR- Strahlung zweiter Wellenlänge zur Durchführung einer Infra rot- Absorp tionsmessung (IR) zu detektieren, um ein zweites Oberflächenbele gungsmaß der Substanz (6, 6') auf dem Substrat (3) zu bestimmen, gekennzeichnet durch
- eine RS-Strahlungsquelle (12) zur Erzeugung einer RS-Strahlung vor herbestimmter Wellenlänge, wobei die RS-Strahlungsquelle (12) einge richtet und angeordnet ist, den Messbereich (5, 5') auf dem Substrat (3) mit der RS-Strahlung zu beleuchten, und - einen RS-Detektor (8), der eingerichtet und angeordnet ist, die vom Messbereich (5, 5') während des Beleuchtens diffus rückgestreute RS- Strahlung zur Durchführung einer Rückstreuungsmessung (RS) zu de- tektieren, um eine Korrekturmessgröße zu bestimmen, auf deren Grund lage das erste und/oder zweite Oberflächenbelegungsmaß korrigierbar ist.
23. Messvorrichtung nach dem vorhergehenden Vorrichtungsanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der RS-Detektor (8) zur Detektion der vom Messbereich (5, 5') diffus rück gestreuten RS-Strahlung und der LIF-Detektor (8) zur Detektion der vom Messbereich (5, 5') abgestrahlten Fluoreszenzstrahlung identisch sind.
24. Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die RS-Strahlungsquelle (12) ein Überwachungsmittel zur Überwachung der aktuellen Strahlungsintensität der von ihr erzeugten RS-Strahlung aufweist, wobei die RS-Strahlungsquelle (12) eingerichtet ist, die Intensität der erzeug ten RS-Strahlung dynamisch auf einen Sollwert anzupassen.
25. Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine erste IR-Strahlungsquelle (9) zur Erzeugung der IR- Strahlung erster Wellenlänge vorgesehen und angeordnet ist, den Messbe reich (5, 5') mit der IR-Strahlung erster Wellenlänge zu beleuchten und we nigstens eine zweite IR-Strahlungsquelle (10) zur Erzeugung der IR- Strahlung zweiter Wellenlänge vorgesehen und angeordnet ist, den Messbe reich (5, 5') mit der IR-Strahlung zweiter Wellenlänge zu beleuchten.
26. Messvorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei erste IR-Strahlungsquellen (9) vorgesehen und angeordnet sind, den Messbereich (5, 5') mit der IR-Strahlung erster Wellenlänge aus wenigstens zwei unterschiedlichen Raumrichtungen zu beleuchten und we nigstens zwei zweite IR-Strahlungsquellen (10) vorgesehen und angeordnet sind, den Messbereich (5, 5') mit der IR-Strahlung zweiter Wellenlänge aus wenigstens zwei unterschiedlichen Raumrichtungen zu beleuchten.
27. Messvorrichtung nach einem der beiden vorhergehenden Vorrichtungsan sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine erste IR-Strahlungsquelle (9) und die wenigstens eine zweite IR-Strahlungsquelle (10) derart angeordnet sind, dass der Messbe reich (5, 5') mit der IR-Strahlung erster und zweiter Wellenlänge aus zwei unterschiedlichen Raumrichtungen beleuchtbar ist.
28. Messvorrichtung nach beiden vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei ersten IR-Strahlungsquellen (9) und die zwei zweiten Strahlungs quellen (10) derart angeordnet sind, dass je eine IR-Strahlungsquelle (9, 10) in jeweils einer Ecke eines gedachten, alle IR-Strahlungsquellen (9, 10) um gebenden Vierecks derart angeordnet ist und sich die beiden ersten IR- Strahlungsquellen (9) diametral gegenüberstehen und sich die beiden zwei ten IR-Strahlungsquellen (10) diametral gegenüberstehen.
29. Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein einziger IR-Detektor (11) zur Detektion der IR-Strahlung erster und zwei ter Wellenlänge vorgesehen ist, dessen Empfindlichkeitsbereich die erste Wellenlänge und zweite Wellenlänge der jeweiligen IR-Strahlungen enthält.
30. Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Lichtweg der von der wenigstens einen IR-Strahlungsquelle (9, 10) er zeugten IR-Strahlung ein Strahlteiler (13) angeordnet ist, der einen Teil der erzeugten IR-Strahlung vor dem Auftreffen auf den Messbereich (5, 5') aus koppelt und auf einen IR-Intensitätsdetektor (14) lenkt, um die Ausgangsin tensität (10) der IR-Strahlung der Strahlungsquelle (9, 10) zu bestimmen.
31. Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine IR-Strahlungsquelle (9, 10) eingerichtet ist, die Intensität der jeweils erzeugten IR-Strahlung erster bzw. zweiter Wellenlänge dyna misch auf einen Sollwert anzupassen.
32. Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die LIF-Strahlungsquelle (7) ein Überwachungsmittel zur Überwachung der aktuellen Strahlungsintensität des von ihr erzeugten Lichtpulses aufweist, wobei die LIF-Strahlungsquelle (7) eingerichtet ist, die Intensität des erzeug ten Lichtpulses dynamisch auf einen Sollwert anzupassen.
33. Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, gekennzeichnet durch wenigstens eine Temperiereinrichtung, die eingerichtet und angeordnet ist, die Betriebstemperatur von wenigstens die IR-Strahlung erzeugenden und/o der die IR-Strahlung detektierenden und/oder diese elektronisch steuernden Komponenten konstant auf eine vorherbestimmte Temperatur zu halten.
34. Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der LIF-Detektor (8) zur Detektion der Fluoreszenzstrahlung als Photomulti plier ausgebildet ist.
35. Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die RS-Strahlungsquelle (12) zur Erzeugung der für die Rückstreuungsmes sung verwendeten RS-Strahlung als LED ausgebildet ist und der RS-Detektor (8) zur Detektion der diffus rückgestreuten RS-Strahlung als Photodiode aus gebildet ist.
36. Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine IR-Strahlungsquelle (9, 10) zur Erzeugung der IR- Strahlung als MIR-LED ausgebildet ist und der IR-Detektor (11) zur Detektion der diffus rückgestreuten IR-Strahlung als MIR-Photodiode ausgebildet ist.
37. Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der IR-Intensitätsdetektor (14) zur Bestimmung der Ausgangsintensität (10) der von der wenigstens einen IR-Strahlungsquelle (9, 10) erzeugten IR- Strahlung als MIR-Photodiode ausgebildet ist.
38. Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die LIF-Strahlungsquelle (7) den Lichtpuls mit einer Taktfrequenz im kHz- Bereich erzeugt.
39. Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, gekennzeichnet durch eine Druckluftleiteinrichtung, die eingerichtet und angeordnet ist, den Licht weg des Lichtpulses (15) und/oder den Lichtweg der IR-Strahlung der we nigstens einen IR-Strahlungsquelle (9, 10) und/oder den Lichtweg der RS- Strahlung der RS-Strahlungsquelle (12) mit Druckluft von Verunreinigungen freizuhalten.
40. Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die wenigstens eine IR-Strahlungsquelle (9, 10), der wenigstens eine IR-Detektor (11) und die RS-Strahlungsquelle (12) als eine bauliche Ein heit in einem Messkopf (2, 2') aufgenommen sind, wobei die IR- Strahlungsquelle (7) und der LIF-Detektor (8) über jeweilige Glasfaserbündel (31) mit dem Messkopf (2, 2') in strahlungsübertragender Weise verbunden sind.
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