JPH11509628A - 工作材料試料の処理方法および光および耐候検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 光および耐候検査装置の、流れが還流し、閉じられている試料室にある工作材料の試料を、可視光線、紫外線および中波および短波の赤外線を用いて処理する際に、工作材料の試料の表面温度に相応する値が温度センサを用いて測定されかつ再現可能な試験結果を得るために制御器の入力側において前以て決められた温度目標値と比較される。制御偏差があると、制御装置から送出される操作信号を用いて中波および短波の赤外線に対する別個の赤外線源の電流供給部が、前記制御偏差が前以て決められた伝達関数に従って消失するように制御される。

Description

【発明の詳細な説明】 工作材料試料の処理方法および光および耐候検査装置 本発明は、光および耐候検査装置における工作材料の試料の温度を制御するた めの方法であって、該検査装置は、閉じられている、工作材料の試料のための空 間を備え、該空間において放射装置を用いて可視光線、紫外線および赤外線が発 生される形式の方法、並びに光および耐候検査装置に関する。 ドイツ連邦共和国特許第２０１４２８８号明細書から、試料室を備えた光およ び耐候実時間検査装置が公知であり、試料室において円筒体の周面に配設されて いる試料が光源を取り囲んでおり、その際光源と試料との間に、放射の赤外成分 を反射し、可視および紫外成分を通すシリンダ形状に実現されているミラーが設 けられている。８００ないし１０００ｎｍの短波の赤外領域における放射の作用 は特別問題であると認められている。シリンダ形状に実現されているミラーの中 心に、冷却媒体が通る金属管が配設されていて、紫外線の強度が増大するに従っ て強度が増大する、同時に発生されかつ熱として生じる赤外線を放出するように している。このようにして、試料に及ぼされる、赤外線が原因である反応の低下 は大幅に回避されるので、試料に変化が生じた場合もその原因を紫外線の作用に のみ求めることができる。 更に、ヨーロッパ特許出願公開第０３２０２０９号公報から、試料の内面が近 似的に球面形状に実現されている保持フレームの内側に配設されておりかつ送風 機を用いて案内される空気流並びに光源にさらされている耐候試験装置が公知で ある。送風機に対する制御装置を用いて、試料用架台の内部における前以て決め られた温度が維持される。 更に、ドイツ連邦共和国特許出願公開第２４２３０５２号公報から、試料の耐 候試験方法および装置が公知であり、ここでは試料の試験を迅速に行うために、 薄暗がり、暗がりないし夜間には、紫外線ないしスーパーアクチニック放射（su peraktinische Strahlung）も放射する１つまたは複数の放射源の人工的な光照 射が行われるようになっている。戸外における試料の耐候検査のために設けられ ている検査架台は１つの試料支持体もしくはガイドおよび駆動装置を備えた、照 射装置用の複数の支持体を有しており、この場合放射源は紫外線もしくはスーパ ーアクチニック放射も放出しかつ夜間の人工照射の期間に異常に高められた温度 が生じない。というのは高い試料温度は、自然の戸外の通風の場合とは別様の変 化を試料体に引き起こす可能性があるからである。 従来技術によれば、実際の状況に近い試料照射に対してできるだけ一定に保持 されるべきである表面温度 の正確な固定をここでは実現することができないことは問題であることがわかっ ている。殊に、黒基準サーモメータを用いて測定される黒基準温度を、ＤＩＮ規 格５３３８７に従って、暗い色の試料の温度状態を、照射の期間の試料保持のレ ベルにおける僅かな熱伝導率によって特徴付けるために、別のパラメータに無関 係に調整設定することはできない。 本発明の課題は、工作材料試料の表面温度を調整設定するないし一定保持する ための方法並びに試料が、紫外線の強度に無関係である調整設定可能な、場合に より一定の表面温度を有する試料室を備えた光および耐候試験装置であって、試 料室温度および雰囲気の還流ないしエアコン装置送風機の回転数が一定に保持さ れるようにした装置を提供することである。フィルタを用いて試料室において、 例えば刊行物Commission International del 1Eclairage Publ．No．CIE85/1989 1st Edition 1989，tabele 4 に記載されているように、グローバル放射に近似 された放射が発生されるようにしたい。 この課題は本発明によれば、請求項１の特徴部分に記載の構成によって解決さ れる。 本発明の方法の有利な実施例において、赤外線の強度は試料領域において測定 された表面温度と前以て決められた温度目標値との比較によって制御され、この 場合赤外線の強度は、制御器の入力側において求めら れた差、ないしセンサ信号と目標値信号との制御偏差に依存している、制御器の 操作信号によって制御される。 個別パラメータとして試料の表面温度の比較的簡単な制御が有利であるとわか っている。 本発明の装置の有利な実施例において、放射装置は紫外線および可視光線を放 出するための少なくとも１つの放電ランプ、並びに赤外線源としての別個の温度 放射器を有している。温度放射器によって放射された赤外線の強度は、制御器の 操作信号を用いた電流供給部の制御によって調整設定されるか、もしくは制御偏 差がある場合には追従調整される。干渉フィルタによって１２００ｎｍの波長以 下の赤外線は吸収もしくは反射されるので、試料表面の加熱のために重要な赤外 線は１２００ｎｍを上回る波長を有している。試料室には送風機を用いて近似的 に一定の空気量を有する空気流が流される。 本発明の別の有利な実施例は請求項５ないし１３に記載されている。 重要な利点は表面温度が常に一定であることである。その理由はこれにより再 現可能な試験結果を得ることができるからである。更に、タイムプラン制御を用 いて場合により表面温度の変化を意図的に実施できるようにするのも有利である ことがわかっている。 次に本発明の対象を第１図、第２図および第３図に 基づいて詳細に説明する。 第１図は、光および耐候検査装置の横断面を示す略図であり、 第２図は、フィルタ特性の透過、並びに赤外線源の分光ビーム強度を９００ない し２５００ｎｍの波長領域において示す線図であり、 第３図は、光および耐候検査装置に対する制御装置のブロック線図である。 第１図の試料室の横断面略図によれば、試料１は回転可能な試料支持体２に固 定されている。試料支持体はここに図示されていない駆動装置を用いて一定の回 転が行われるようになっている。シリンダ形状のケーシング３の中央の領域に、 紫外線および可視光線を発生するための２つの放電ランプ４，５と赤外線源７と から成る放射器装置が配置されている。放電ランプおよび赤外線源はシリンダ形 状のフィルタ８によって試料室９に対して隔離されている。試料室にはビーム射 出面に沿って冷却媒体が流れかつ殊に８００ないし１０００ｎｍの領域にある、 放電ランプの短波成分は吸収されるが、同時に３００ないし４００ｎｍの長波の 紫外線領域および可視分光領域にある放射はほぼ透過されるようになっている。 フィルタ８の内面は更に、放射源ないし放電ランプに対して多角形状に相互に隣 接配置されている干渉フィルタ１０によって被覆されている。干渉フィルタは、 ３００ないし４００ｎｍの 長波の紫外線領域および可視分光領域に対してはほぼ透過性であり、一方９００ から約１２００ｎｍ間での赤外線領域にある放射をほぼ吸収する。干渉フィルタ １０は約１２００ないし１２５０から２５００ｎｍの領域にある波長からは、中 波および長波の赤外線を７０ないし９５％の透過でほぼ透過する。 更に、フィルタ８の内部に、反射された赤外線を吸収する物体１２が設けられ ている。この物体には、例えば空気または水のような、熱放出のための冷却媒体 が流れている。 回転可能な試料支持体２の領域において、試料１の表面の高さの所に、温度セ ンサ１３が配設されている。この温度センサは赤外線放射源７の赤外線に基づい て伝達される放射熱、即ち試料の表面温度を測定する。従って、以下に説明する 制御装置を用いて、検査すべき材料の黒基準温度を、周りを流れる媒体に依存し ている温度を持つ試料室温度に基づいて重要なパラメータの１つとして他のパラ メータに無関係に調整設定しかつ制御することができ、その際冒頭に挙げた、Ｃ ＩＥの表４に示されているグローバル放射に関するＤＩＮ７５２２０の許容偏差 規定は出来るだけ遵守されるべきである。 その際通常の作動期間には、試料を、前以て決められた湿気含有量および前以 て決められた流速を有する例えば空気のような、後の使用にとって重要である、 試料室を流れる雰囲気にさらすことができる。 第２図の曲線Ａに基づいて、第１図の干渉フィルタ１０のフィルタ特性につい て詳細に説明する。Ｘ軸に沿って記されている波長に基づいてわかるように、Ｙ 軸に沿って示されている透過は約１１３０ｎｍまでの領域では５％にすぎず、一 方１２５０ｎｍからの領域では７０から９０％を上回る領域に上昇するので、試 料の検査作用を妨害する赤外分光は退けられ、一方中波および長波の領域の比較 的エネルギーの少ない赤外線は試料に達しかつ独立したパラメータとして調整設 定ないし制御可能である。干渉フィルタとして殊に、約８００ないし１２００ｎ ｍの阻止領域を有しておりかつ市販されている特別な熱反射フィルタが有利であ ることが認められている。しかし、相応の透過特性を有する別のフィルタを使用 することもできる。 第２図の線図の特性曲線Ｂは赤外線源７の相対尺度における分光放射強度を示 すものである。これはＸ軸に示されている波長に依存してＹ’軸に沿って図示さ れている。曲線Ｂの経過に基づいてわかるように、９００ないし１２８０ｎｍの 領域における放射強度は分光放射強度の６０相対尺度より小さく、一方それは１ ３００ないし２５００ｎｍの領域では相対放射強度の値６０から値１００まで上 昇するので、黒基準温度にとって重要なスペクトル領域を高い強度で試料面に伝 えることができる。 第３図における概略図に基づいて、制御装置について詳細に説明する。制御可 能な電流供給部１５によって給電される赤外線源７は温度センサ１３およびＡＤ 変換器１６と一緒に制御装置の制御区間１７を形成している。入力側１９を介し て操作信号ｙを用いて電流供給部１５は、接続されている赤外線放射源７の前以 て決められた放射強度を制御を用いて実現することができるように制御される。 赤外線放射源として殊に、５００Ｗないし２ｋＷの領域に電力消費を有している 、タングステン螺旋フィラメントを備えた放射源が有利であることがわかってい る。放射源７から赤外線フィルタ１０を介して試料室に放射される赤外線は試料 面において熱を発生する。その温度は温度センサ１３によって検出されかつ電気 信号としてＡＤ変換器１６に転送される。ＡＤ変換器はアナログ信号をデジタル 制御量ｘに変換し、それは出力側２０を介して制御器の入力側２３にある比較器 ２１に供給される。制御量ｘが例えば負のデジタル信号として供給される一方、 目標値設定装置２７からの前以て決められたデジタル目標値ｗは正のデジタル値 として比較器２１に供給されかつこのようにして比較器の出力側において、デジ タル制御偏差（ｗ−ｘ）が求められかつ入力側２３を介して制御器２２に供給さ れる。制御器２２内には、マイクロプロセッサ２４および信号プロセッサ２５が 設けられており、これにより制御器の出力側２６に、 操作信号ｙが発生される。これは、入力側１９を介して赤外線放射源７に対する 電流供給部１５を制御するために用いられかつ制御偏差ｗ−ｘ＝０でありかつ赤 外線源から放出される放射７が前以て決められた目標値ｗに相応するまでの間は 操作信号として作用する。制御器２２のデジタル構成に基づいて、制御モジュー ルとしてのマイクロプロセッサのプログラミングによって、最適な制御特性を実 現することができる。 処理プロセスの期間に試料の表面温度を変化しようとする場合、予め固定に決 められた目標値ｗに代わって、時間的に変化されている目標値を有するタイムプ ラン発生器ないしプログラム制御部を使用することができる。 本発明による純然たる熱源としての付加的な赤外線源の使用によって、そうで ない場合には検査すべき材料の吸収特性、試料温度および流れる媒体の速度に依 存している、試料の表面温度を重要なパラメータの１つとして完全に独立に調整 設定しかつ制御することができるようになる。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９７年８月２５日 【補正内容】 請求の範囲 １．光および耐候検査装置における工作材料の試料の温度を制御するための方 法であって、該検査装置は、空気、水などが流れるようになっていて、閉じられ ている、工作材料の試料のための空間を備え、該空間において、キセノン放射源 として実現されている少なくとも１つの放電ランプを含んでいる放射装置を用い て可視光線、紫外線および赤外線が発生される形式の方法において、 赤外線を温度放射源によって発生し、 １２００ｎｍの下方の波長を有する赤外線をフィルタを用いて大幅に抑圧し、 １２００ｎｍの上方の波長を有する赤外線を工作材料試料に透過し、 赤外線によって発生される、試料表面における熱を温度センサを用いて温度信号 として測定しかつ赤外線の強度制御によって表面温度を前以て決められた温度目 標値に制御するための制御器に供給し、 かつ前記温度放射源の放射強度を前記制御器の操作信号に依存して調整設定し、 この場合該操作信号は温度目標値と測定された温度信号との間の偏差に依存して いる ことを特徴とする方法。 ２．試料に対する閉鎖されている空間を有する光お よび耐候検査装置であって、該空間に、回転可能に配設されている試料保持体に よって取り囲まれている放射装置が設けられており、該放射装置はキセノン放射 源として実現されている、紫外線並びに可視光線を放出する、少なくとも１つの 放電ランプを含んでおりかつ可視光線、紫外線および赤外線を前記試料に放射す る形式のものにおいて、 前記試料のレベルに、赤外線の強度を制御するための少なくとも１つの温度セン サ（１３）が設けられておりかつ 前記放射装置は赤外線を放出するための少なくとも１つの電気的な温度放射源（ ７）を有しており、該温度放射源の強度は、制御器（２２）の設定出力側（２６ ）を介して電流供給部の制御を用いて調整設定可能でありかつ制御器の入力側（ ２３）は測定された温度値の、前以て決められた温度目標値信号からの制御偏差 を求めるために比較素子（２１）を介して前記温度センサ（１３）に接続されて いる ことを特徴とする光および耐候検査装置。 ３．前記試料のための閉鎖されている空間、即ち試料室（９）と放電ランプと の間に、該ランプから放出される放射線をグローバル放射に整合するための少な くとも１つフィルタ（１０）が配設されている 請求項２記載の光および耐候検査装置。 ４．前記放電ランプは前記試料室（９）の方向にお いて見て、該放電ランプ（４，５）から放出される赤外線成分を吸収するための シリンダ形状のフィルタ（８）によって取り囲まれている 請求項３記載の光および耐候検査装置。 ５．前記温度放射源（７）と前記試料室（９）との間に、１２００ｎｍより小 さい波長を有する放射を吸収するための少なくとも１つのフィルタ（８，１０） が配設されている 請求項２から４までのいずれか１項記載の光および耐候検査装置。 ６．前記温度放射源は前記試料室（９）の方向において見て、１２００ｎｍの より低い波長を有する放射を吸収するための少なくとも１つのフィルタ（８，１ ０）によって取り囲まれている 請求項５記載の光および耐候検査装置。 ７．前記放電ランプ（４，５）および温度放射源（７）は前記シリンダ形状の フィルタ（８）内に配設されている 請求項４から６までのいずれか１項記載の光および耐候検査装置。 ８．少なくとも前記温度放射源（７）は１２００ｎｍのより低い波長を吸収す るための多角形状に配設されているフラットフィルタ（８，１０）によって取り 囲まれている 請求項７記載の光および耐候検査装置。 ９．試料レベルに配設されている温度センサ（１３）は制御回路の部分として 構成されており、該制御回路は制御器入力側（２３）に目標実際値温度比較部を 備えた制御器（２２）を有しており、制御出力側（２６）は前記温度放射源（７ ）の放射出力を制御するための操作素子（１５）に接続されている 請求項２から８までのいずれか１項記載の光および耐候検査装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アルトゥール シェーンライン ドイツ連邦共和国 リュッセルスハイム ヴァイゼナウアー シュトラーセ 48 (72)発明者 ベルント ルドルフ ドイツ連邦共和国 アルツェナウ アム エルツェングラーベン ２ (72)発明者 ペーター マルヒ ドイツ連邦共和国 フランクフルト ジン トリンガー シュトラーセ 15

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．光および耐候検査装置における工作材料の試料の温度を制御するための方 法であって、該検査装置は、空気、水などが流れるようになっていて、閉じられ ている、工作材料の試料のための空間を備え、該空間において放射装置を用いて 可視光線、紫外線および赤外線が発生される形式の方法において、 １２００ｎｍの下方の波長を有する赤外線をフィルタを用いて大幅に抑圧し、１ ２００ｎｍの上方の波長を有する赤外線を工作材料試料に透過し、この場合赤外 線によって発生される、試料表面における熱を温度センサを用いて温度信号とし て測定しかつ赤外線の強度制御によって表面温度を前以て決められた温度目標値 に制御するための制御器に供給する ことを特徴とする方法。 ２．赤外線を温度放射源によって発生し、該温度放射源の放射強度を制御器の 設定信号に依存して調整設定し、この場合該設定信号は温度目標値と測定された 温度信号との間の制御偏差に依存している 請求項１記載の方法。 ３．試料に対する閉じられている空間を有する光および耐候検査装置であって 、該空間に回転可能に配設されている試料保持体によって取り囲まれている放射 装置が設けられている形式のものにおいて、 前記放射装置は可視光線並びに紫外線および赤外線を試料に放射し、試料のレベ ルに、赤外線の強度を制御するための少なくとも１つの温度センサ（１３）が設 けられている ことを特徴とする装置。 ４．前記放射装置は紫外線および可視光線を放射するための少なくとも１つの 放電ランプ（４，５）並びに赤外線を放射するための少なくとも１つの電気的な 温度放射源（７）を有しており、該温度放射源の強度は、制御器（２２）の設定 出力側（２６）を介して電流供給部の制御を用いて調整設定可能でありかつ制御 器の入力側（２３）は測定された温度値の、前以て決められた温度目標値信号か らの制御偏差を求めるために比較素子（２１）を介して温度センサ（１３）に接 続されている 請求項３記載の光および耐候検査装置。 ５．放電ランプはキセノン放射源として実現されている 請求項４記載の光および耐候検査装置。 ６．放電ランプはメタルハライド放射源として実現されている 請求項４記載の光および耐候検査装置。 ７．前記試料のための閉じられている空間、即ち試料室（９）と放電ランプと の間に、該ランプから放出される放射線をグローバル放射線に整合するためのフ ィルタ（１０）が配設されている 請求項４または５記載の光および耐候検査装置。 ８．前記放電ランプは前記試料室（９）の方向において見て、該放電ランプ（ ４，５）から放出される赤外線成分を吸収するためのシリンダ形状のフィルタ（ ８）によって取り囲まれている 請求項７記載の光および耐候検査装置。 ９．前記温度放射源（７）と前記試料室（９）との間に、１２００ｎｍより小 さい波長を有する放射線を吸収するための少なくとも１つのフィルタ（８，１０ ）が配設されている 請求項４から８までのいずれか１項記載の光および耐候検査装置。 １０．前記温度放射源は前記試料室（９）の方向において見て、１２００ｎｍ のより低い波長を有する放射線を吸収するためのフィルタ（８，１０）によって 取り囲まれている 請求項９記載の光および耐候検査装置。 １１．前記放電ランプ（４，５）および温度放射源（７）は前記シリンダ形状 のフィルタ（８）内に配設されている 請求項８から１０までのいずれか１項記載の光および耐候検査装置。 １２．前記温度放射源（７）は１２００ｎｍのより低い波長を吸収するための 多角形状に配設されている フラットフィルタ（８，１０）によって取り囲まれている 請求項１１記載の光および耐候検査装置。 １３．試料レベルに配設されている温度センサ（１３）は制御回路の部分とし て構成されており、該制御回路は制御器入力側（２３）に目標実際値温度比較部 を備えた制御器（２２）を有しており、制御出力側（２６）は前記温度放射源（ ７）の放射出力を制御するための操作素子（１５）に接続されている 請求項４から１２までのいずれか１項記載の光および耐候検査装置。