DE102020101613A1 - Verfahren zum quantitativen Nachweis einer Oberflächenbelegung einer ein Substrat belegenden Substanz sowie Messvorrichtung - Google Patents

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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 undd. 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

  • 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 Messvorrichtung 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, Bearbeitung, Lagerung oder beim Transport einer Reihe von mechanischen Beanspruchungen 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 Korrosionsschutzölen (Prelubes) bzw. Schmierölen oder Trockenschmierstoffen (Hotmelts) beaufschlagt werden. Auch Trockenschmierstoffe können korrosionshemmende Eigenschaften aufweisen. Prelubes und Hotmelts können dahingehend differenziert 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 abgestimmte Additive enthalten.
  • Korrosionsschutzöle werden insbesondere zum Korrosionsschutz von Metallblechen, beispielsweise Feinblechen, während ihrer Lagerung oder des Transports eingesetzt. Auch können derartige Öle die Metallbleche vor mechanischer Beschädigung (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 Stanzprozess unterzogen. Dabei werden die Metallbleche, die u. a. auch in Form von Metallbändern vorliegen können, vor der Bearbeitung mit einem Schmiermittel beaufschlagt. 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 Reißen 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 sogenannte Beölungsmaschinen vollzogen. Bekannt sind insbesondere Kontaktbeölungsmaschinen und kontaktlose Beölungsmaschinen. Während Kontaktbeölungsmaschinen 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 aufgebracht.
  • 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 Bereiche. 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 Schichtdicke des Ölfilms bzw. die Schichtdickenverteilung eine entscheidende Rolle. Eine inhomogene Schichtdickenverteilung kann ein Indiz für unerwünschte Schmiermittelbeulen 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 aufgebrachten 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 Messungen zeigen gegenüber der Infrarotspektroskopie Vorteile bei der Untersuchung von Metallblechen, die mit Schmiermitteltröpfchen beaufschlagt sind. Eine Vorab-Homogenisierung des ÖI-Films ist zur Untersuchung mittels Fluoreszenzspektroskopie nicht erforderlich. Die Bestimmung der Beölungsdicke mittels Fluoreszenzspektroskopie ist schon seit längerem bekannt, beispielsweise aus der EP 1 287 310 B1 und der DE 10 2015 007 054 A1 . In letzterer ist zudem die Möglichkeit der Schichtdickenbestimmung im Zuge einer auf Infrarotspektroskopie basierenden Messung beschrieben.
  • Aus der DE 195 07 119 A1 ist weiterhin ein laserinduziertes fluoreszenzspektroskopisches Messverfahren bekannt, mit dem Verunreinigungen in fluiden Systemen erfasst werden können. Die Verwendung der laserinduzierten Fluoreszenzspektroskopie ist auch bei der Untersuchung von mit Schmiermitteln beaufschlagten 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 Blechband, wird in einer Vorschubrichtung bewegt und mittels eines ersten Messverfahrens 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 Röntgenfluoreszensmessung oder eine laserinduzierte Plasmaspektroskopiemessung sein kann, wird eine Kalibrierungsmessung an einem Ort in der Messzeile durchgeführt und das durch das erste Messverfahren bestimmte Maß der Oberflächenbelegung kalibriert. Die Beschichtung kann ein Umformöl oder eine Korrosionsbeschichtung sein.
  • Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zum quantitativen Nachweis einer Oberflächenbelegung 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 Störeinflüsse auch quantitativ möglichst genau zu bestimmen. Insbesondere soll das Verfahren für den Nachweis von Substanzen, wie beispielsweise Öl, Ölvermischungen und dergleichen, auch auf Oberflächen mit unterschiedlichen Oberflächenstrukturen, Oberflächenrauigkeiten etc., verlässliche Ergebnisse liefern. Das Verfahren soll weiterhin für den jeweiligen konkreten Anwendungsfall, insbesondere hinsichtlich 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 denselben oder ähnlichen vorteilhaften Eigenschaften bereitzustellen.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Nachweisverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 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 Merkmale in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können (auch über Kategoriegrenzen, beispielsweise zwischen Verfahren und Vorrichtung, hinweg) und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang 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 dritten Ausgestaltung sowohl das erste als auch das zweite Merkmal vorhanden sein können.
  • Erfindungsgemäß weist ein Verfahren zum quantitativen Nachweis einer Oberflächenbelegung einer ein Substrat wenigstens teilweise belegenden Substanz wenigstens die Schritte auf:
    1. 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 Fluoreszenzstrahlung mit einem LIF-Detektor,
    2. 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 bezeichnet) 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 rückgestreuten IR-Strahlung erster und zweiter Wellenlänge mit wenigstens einem IR-Detektor,
    3. c. Bestimmen einer Korrekturmessgröße mittels einer Rückstreuungsmessung (hierin auch als RS-Messung bezeichnet) durch Beleuchten des Messbereichs auf dem Substrat mit einer RS-Strahlung (Rückstreuungsstrahlung) vorherbestimmter Wellenlänge und Detektieren der vom Messbereich während des Beleuchtens diffus rückgestreuten RS-Strahlung und
    4. d. Korrigieren der/des unter Schritt a und/oder Schritt b bestimmten Oberflächenbelegungsmaße/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 Verfahrensschritte 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 zweiten 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 A1 , bekannt und sei in den Offenbarungsgegenstand 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 ausgedehntes 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 Oberfläche mit einem festen oder flüssigen Material zu verstehen. Substanzen können beispielsweise kohlenwasserstoffhaltige Substanzen, zum Beispiel Öle, Schmierstoffe, Korrosionsschutzmittel, Passivierungen, Klebstoffe, Lacke, etc., anorganische Substanzen, zum Beispiel Wasser (Feuchtigkeit) und dergleichen, sein. Insbesondere können derartige Substanzen ungesättigte chemische Bindungsstrukturen 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 verstehen, sondern vielmehr ein Detektor, mit welchem - wie oben erwähnt - die vom Messbereich abgestrahlte Fluoreszenzstrahlung (zeitaufgelöst) detektiert werden kann. Grundsätzlich können sich dazu unterschiedliche Detektortypen eignen, beispielsweise Photomultiplier, Photodioden etc. Die Bezeichnung LIF-Detektor grenzt die schränkt die vorliegende Erfindung also nicht auf einen bestimmten Detektortyp ein.
  • Im Sinne der vorliegenden Erfindung wird unter der Oberflächenbelegung des Substrats 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. Messflecks (z. B. in der Größenordnung von einigen wenigen cm2), von welchem die elektromagnetische Strahlung der LIF-, IR- und RS-Messung erfasst wird, verstanden. 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 Tröpfchen 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 Messbereich abgestrahlten Fluoreszenzstrahlung bestimmt. Eine konkrete Ausführung eines LIF-Messverfahrens, insbesondere die zeitaufgelöste bzw. zeitintegrierte Erfassung der Fluoreszenzstrahlung in wenigstens zwei Messfenstern, ist ausführlich in der eingangs erwähnten DE 195 07 119 C2 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt 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 Blitzlampen (z. B. Xenon) oder auch spezielle UV-LEDs Verwendung finden. Vorteilhafterweise kann auch ein UV-Microchiplaser oder eine gepulst betriebene UV-Laserdiode verwendet werden.
  • Der zur Detektion der Fluoreszenzstrahlung verwendete Detektor kann beispielsweise ein Photomultiplier hinsichtlich des zu erfassenden Wellenlängenbereichs geeigneter 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 erster und zweiter Wellenlänge bestimmt. Hierzu kann in wohl bekannter Weise das Lambert-Beer-Gesetz herangezogen werden. Nach diesem gilt: I = I 0 exp ( A d ) ,
    Figure DE102020101613A1_0001
    wobei I der rückgestreuten Intensität, I0 der ursprünglichen Intensität, A eine unter definierten Bedingungen konstanten Größe (Produkt aus molarem Extinktionskoeffizient und Stoffkonzentration) und d der Schichtdicke der Belegung entsprechen.
  • 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 µm betragen, eine bevorzugte Wellenlänge der IR-Strahlung zweiter Wellenlänge beispielsweise 2,3 µm, 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 Wellenlänge der IR-Strahlung so gewählt wird, dass diese in einem Nicht-Absorptionsbereich 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 Filterrädern zur Selektion verschiedener IR-Wellenlängen bei IR-Strahlungsquellen mit breitbandig erzeugender IR-Strahlung verzichtet werden. Bei Verwendung der beispielhaft genannten MIR-LEDs kann somit auf bewegliche mechanische Komponenten 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 geforderten IR-Wellenlängenbereich verwendet werden. Die Beleuchtung des Messbereichs kann jedenfalls mit schmalbandiger IR-Strahlung der ersten und/oder zweiten Wellenlänge erfolgen, so dass vor dem IR-Detektor keine Wellenlängenselektion auf notwendige Spektralbereiche (innerhalb bzw. außerhalb des Absorptionsbereichs 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 Wellenlängenselektion erst vor dem IR-Detektor durchgeführt werden, beispielsweise mittels eines beweglichen (z. B. drehbaren) Filterrads, an dem entsprechende Filter zur gewünschten Wellenlängenselektion (innerhalb bzw. außerhalb des Absorptionsbereichs der zu beleuchtenden Substanz) angebracht sind. Die Wellenlängenselektion kann auch dadurch erfolgen, dass mehrere IR-Detektoren des gleichen Typs verwenden werden, wobei den jeweiligen IR-Detektoren jeweils ein entsprechend vorgeschalteter Bandpassfilter zugeordnet ist.
  • Zusätzlich zur LIF- und IR-Absorptionsmessung kombiniert das erfindungsgemäße Verfahren die Rückstreuungsmessung mit einer zusätzlichen RS-Strahlung vorherbestimmter Wellenlänge, die vorzugsweise von einer separaten, zusätzlichen RS-Strahlungsquelle erzeugt wird, so dass die Intensität der vom Messbereich während 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 liegen, ohne jedoch hierauf beschränkt zu sein.
  • Auf diese Weise ist ein hinsichtlich der Messgenauigkeit sehr empfindlicher, exakter 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 makroskopischen Strukturen der Substanz auf dem Substrat, zum Beispiel (Öl-)Tröpfchen, Hotmelt-Strukturen und dergleichen, beeinflusst bzw. verfälscht ist, da nun mit der zusätzlichen Rückstreuungsmessung u. a. auch Hinweise auf derartige makroskopische Strukturen der Substanz auf dem Substrat erkannt werden. Sofern vorgesehen ist, dass ein in dem Verfahrensschritt a ermitteltes erstes Oberflächenbelegungsmaß mit Messergebnissen aus dem Verfahrensschritt b korrigiert wird, können auch mögliche aus einer Ölvermischung resultierende Effekte bzw. Einflüsse auf die Messergebnisse korrigiert werden.
  • So schafft das erfindungsgemäße Verfahren die grundsätzliche Möglichkeit, die unterschiedlichen und teilweise gegensätzlichen Einflussgrößen der LIF- und IR- Messung, die aus ihren jeweiligen chemisch/physikalischen Voraussetzungen herrühren, 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 verfälschenden 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 Verfahren gleichfalls flexibel einsetzbar.
  • Es sei angemerkt, dass zusätzlich zu der mittels der Rückstreuungsmessung erzielbaren 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 vorliegen, 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 rückgestreute RS-Strahlung in Schritt c mit demselben Detektor detektiert wie die Fluoreszenzstrahlung 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 Detektionswellenlängenbereich des LIF-Detektors in Schritt a angepasst. Hierbei wird die RS-Strahlung im Wesentlichen derart schmalbandig erzeugt, dass diese beim Beleuchten des Messbereichs 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 Detektionsbereichs 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 Detektion der rückgestreuten RS-Strahlung in Schritt c für ein Erkennen einer Kante des Substrats verwendet wird/werden, zum Beispiel im Fall der Verwendung flächenhaft 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 entsprechend 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 angepasst und/oder die Messwerte auf die aktuelle Strahlungsintensität normiert, um möglichst konstante Messsignale und damit einhergehende konsistente Messergebnisse 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 Steuereinrichtung in einer kompakt bauenden, einzigen Komponente verkörpert sein können, ohne jedoch hierauf beschränkt zu sein.
  • Gemäß einer vorteilhaften weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird der Messbereich 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 Wellenlängen 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 Beleuchtung des Messbereichs mit der IR-Strahlung derselben Wellenlänge aus unterschiedlichen Raumrichtungen ermöglicht in besonders vorteilhafter Weise die Eliminierung bzw. Reduzierung von Einflüssen, die durch Unebenheiten oder Wölbungen des Substrats am Ort des Messbereichs hervorgerufen werden können.
  • Eine weitere vorteilhafte Reduzierung der Einflüsse durch Wölbung bzw. Unebenheiten 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 Messbereichs in Schritt b mit der IR-Strahlung zweiter Wellenlänge gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung in aneinandergrenzenden oder zueinander 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 überlappend) durchgeführt, sondern zeitversetzt, wobei eine spezielle Beleuchtungsreihenfolge 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 Beleuchtung des Messbereichs in Schritt b mit der IR-Strahlung zweiter Wellenlänge aus unterschiedlichen Raumrichtungen erfolgen. So können zum Beispiel die Lichtwege der IR-Strahlung erster Wellenlänge und der IR-Strahlung zweiter Wellenlänge 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 Ausgestaltung 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, zusätzlich 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 Messbereichs 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 zurückgestreute Untergrundsignal. Weiterhin beeinflussen auch Offset- und Dunkelströme des/der IR-Detektors/en in Zusammenwirken mit zur Nachverstärkung verwendeten Verstärkern das Nullsignal. Derartige Einflüsse werden anschließend bei der Messung in Schritt b ebenfalls korrigiert.
  • In entsprechendem Sinn kann gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Gegenstands in Schritt a nach dem Detektieren der im Messbereich abgestrahlten Fluoreszenzstrahlung, jedenfalls nachdem die abgestrahlte Fluoreszenzstrahlung 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 abgestrahlten Fluoreszenzstrahlung in Schritt a und die Detektion der vom Messbereich rückgestreuten RS-Strahlung in Schritt c auf Grundlage der bestimmten Umgebungslichtmessgröße 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 Messbereich 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 können 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 Abhängigkeit von der tatsächlichen Ausgangsintensität der IR-Strahlung genau bestimmt werden.
  • Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht zudem vor, dass die aktuelle Strahlungsintensität der in Schritt b verwendeten IR-Strahlung erster und/oder zweiter Wellenlänge 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 überwacht und dynamisch auf einen vorherbestimmten Sollwert angepasst, das heißt gesteuert bzw. geregelt und/oder die Messwerte auf die aktuelle Strahlungsintensität normiert. Eine den Lichtpuls erzeugende LIF-Strahlungsquelle kann einschließlich 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 erfindungsgemäßen 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 thermoelektrische 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-/Wärmeleistung.
  • Es ist zu verstehen, dass durch die Temperiereinrichtung grundsätzlich die gesamte Einheit auf einer bestimmten Temperatur gehalten werden kann. Vorzugsweise werden hingegen einzelne Komponenten, insbesondere jede Strahlungsquelle und/oder jeder Strahlungsdetektor, getrennt auf einer spezifischen Temperatur gehalten, weil darüber die optische Ausgangsleistung bzw. die Empfindlichkeit 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 bevorzugt 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 vermieden.
  • 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, insbesondere 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 Messungen u. U. nicht mehr ausreichend umfassend ausgeführt werden können und folglich die Qualität des Messergebnisses ungünstig beeinflusst wird. Kleinere Taktfrequenzen 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 Substrat in eine Vorschubrichtung bewegt wird und der Messbereich in einer quer zur Vorschubrichtung verlaufenden Querrichtung verschoben wird, wobei eine Geschwindigkeit des Substrats in Vorschubrichtung größer oder gleich einer maximalen Geschwindigkeit der Verschiebung des Messbereichs in der Querrichtung gewählt wird. Die Wiederholungsfrequenz kann beispielsweise die vorstehend erwähnte 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 Wesentlichen sinus- bzw. wellenförmig hin und her laufenden, Messspur. Da die Vorschubgeschwindigkeit größer oder gleich einer maximalen Quergeschwindigkeit gewählt wird, verläuft die Messspur gegenüber der quer zur Vorschubrichtung des Substrats verlaufenden Querrichtung im Wesentlichen in einem Winkel größer oder gleich 45°. Das Substrat kann auf diese Weise mit einer relativ hohen Vorschubgeschwindigkeit befördert werden, wobei dennoch eine ausreichend genaue Prüfung der Belegung des Substrats mit der Substanz erfolgt. Grundsätzlich ist die vorliegende Erfindung aber nicht auf die vorgenannten Angaben zur Vorschubgeschwindigkeit des Substrats bzw. Verschiebungsgeschwindigkeit des Messbereichs in der quer zur Vorschubrichtung verlaufenden Querrichtung beschränkt. Auch kann die Verschiebungsgeschwindigkeit des Messbereichs größer sein als die Vorschubgeschwindigkeit des Substrats.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine Messvorrichtung zum quantitativen Nachweis einer Oberflächenbelegung einer ein Substrat wenigstens teilweise belegenden Substanz auf:
    • - eine LIF-Strahlungsquelle zur Erzeugung eines Lichtpulses vorherbestimmter Wellenlänge, wobei die LIF-Strahlungsquelle eingerichtet und angeordnet ist, einen Messbereich auf dem Substrat mit dem Lichtpuls zu beleuchten,
    • - einen LIF-Detektor, der eingerichtet und angeordnet ist, eine von dem Messbereich abgestrahlte Fluoreszenzstrahlung zur Durchführung einer zeitaufgelösten, lichtinduzierten Fluoreszenzmessung (hierin auch als LIF-Messung bezeichnet) zu detektieren, um ein erstes Oberflächenbelegungsmaß der Substanz auf dem Substrat zu bestimmen,
    • - wenigstens eine IR-Strahlungsquelle zur Erzeugung einer IR-Strahlung vorherbestimmter erster Wellenlänge, die in einem Absorptionsbereich der nachzuweisenden Substanz liegt, und/oder zur Erzeugung einer IR-Strahlung vorherbestimmter zweiter Wellenlänge, die in einem Nicht-Absorptionsbereich 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 beleuchten,
    • - 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 Messbereich diffus rückgestreute IR-Strahlung zweiter Wellenlänge zur Durchführung einer Infrarot-Absorptionsmessung (hierin auch als IR-Messung bezeichnet) zu detektieren, um ein zweites Oberflächenbelegungsmaß der Substanz auf dem Substrat zu bestimmen,
    • - eine RS-Strahlungsquelle zur Erzeugung einer RS-Strahlung vorherbestimmter Wellenlänge, wobei die RS-Strahlungsquelle eingerichtet und angeordnet ist, den Messbereich auf dem Substrat mit der RS-Strahlung zu beleuchten, und
    • - einen RS-Detektor, der eingerichtet und angeordnet ist, die vom Messbereich während des Beleuchtens mit der RS-Strahlungsquelle diffus rückgestreute RS-Strahlung zur Durchführung einer Rückstreuungsmessung (hierin auch als RS-Messung bezeichnet) zu detektieren, um eine Korrekturmessgröße 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 erfindungsgemäßen Nachweisverfahrens verwiesen. Mit anderen Worten sollen Offenbarungen hierin bezüglich des erfindungsgemäßen Nachweisverfahrens in sinngemäßer Weise ebenso zur Definition der erfindungsgemäßen Messvorrichtung herangezogen werden können, sofern dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen ist. Ebenfalls sollen Offenbarungen hierin bezüglich der erfindungsgemäßen Messvorrichtung in sinngemäßer Weise zur Definition des erfindungsgemäßen Verfahrens herangezogen werden können, sofern dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen ist. Insofern kann auf eine Wiederholung von Erläuterungen sinngemäß gleicher Merkmale, deren Wirkungen und Vorteile der hierin beschriebenen erfindungsgemäßen Messvorrichtung sowie des hierin offenbarten erfindungsgemäßen Verfahrens zugunsten einer kompakteren Beschreibung verzichtet werden, ohne dass derartige Auslassungen als Einschränkung auszulegen wären.
  • Zur Erzeugung der IR-Strahlung erster und/oder zweiter Wellenlänge kann beispielsweise eine einzige IR-Strahlungsquelle eingesetzt werden, die eine breitbandige 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 Substanz) 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 Messbereich diffus rückgestrahlten IR-Strahlung erster und/oder zweiter Wellenlänge durchzuführen. Die Wellenlängenselektion kann auch dadurch erfolgen, dass mehrere 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 einer wohl definierten Wellenlänge, d. h. mit einem eng begrenzten Spektrum, erzeugen, zum Beispiel so genannte MIR-LEDs =(„mid infrared“ LED). Dann wäre eine erste IR-Strahlungsquelle eine die IR-Strahlung mit der ersten Wellenlänge erzeugende IR-Strahlungsquelle und eine zweite IR-Strahlungsquelle eine die IR-Strahlung mit der zweiten Wellenlänge erzeugende IR-Strahlungsquelle. Mit anderen 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 spezielle IR-Laserdioden oder Laser-Strahlungsquellen in dem geforderten IR-Wellenlängenbereich verwendet werden, kann. Auch in diesem Fall ist eine spezielle Wellenlängenselektion vor dem wenigstens einen IR-Detektor nicht mehr erforderlich.
  • 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 Fluoreszenzstrahlung identisch. Mit anderen Worten werden beide Detektoren durch einen einzigen realen Detektor verkörpert, was den Aufbau der Messvorrichtung vereinfacht und kompakter macht.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die RS-Strahlungsquelle ein Überwachungsmittel zur Überwachung der aktuellen Strahlungsintensität der von ihr erzeugten RS-Strahlung aufweist, wobei die RS-Strahlungsquelle eingerichtet ist, die Intensität der erzeugten RS-Strahlung dynamisch 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 Raumrichtungen 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 gleichzeitig erfolgt, ohne jedoch hierauf beschränkt zu sein. Die Beleuchtung des Messbereichs mit der IR-Strahlung erster Wellenlänge und die Beleuchtung des Messbereichs mit der IR-Strahlung zweiter Wellenlänge erfolgt vorzugsweise in aneinandergrenzenden oder zueinander beabstandeten Zeitintervallen, also zeitversetzt und nicht überlappend.
  • Gemäß einer noch weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die wenigstens 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 beleuchtbar ist, so der Einfluss von Wölbungen und Unebenheiten des beleuchteten Substrats auf das Messergebnis vollständig eliminiert oder zumindest auf ein vernachlässigbares Maß reduziert werden können.
  • Nach einer anderen vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Gegenstands 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 derart angeordnet ist und sich die beiden ersten IR-Strahlungsquellen diametral gegenüberstehen und sich die beiden zweiten IR-Strahlungsquellen diametral gegenüberstehen. 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 Messbereich. 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 redundante 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. Messfleck auf dem Substrat beleuchten, das heißt im Wesentlichen auf ein und denselben 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. Messbereich erfassen kann.
  • Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist im Lichtweg der von der wenigstens einen IR-Strahlungsquelle erzeugten IR-Strahlung ein Strahlteiler 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 Strahlungsintensität 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 Überwachungs- und Steuereinrichtung können in einer einzigen, kompakt bauenden Komponente 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 Komponenten konstant auf eine vorherbestimmte Temperatur zu halten. Die Temperiereinrichtung kann ein thermoelektrischer Wandler, z. B. ein Peltier-Element, sein. Eine Temperaturerfassung zur Temperatursteuerung kann über einen Thermistor erfolgen. Eine während des Betriebs konstant gehaltene Temperatur der erwähnten Komponenten gewährleistet weitgehend konstante Messsignale mit einhergehenden konsistenten, genauen Messergebnissen.
  • Es ist zu verstehen, dass durch die Temperiereinrichtung, die prinzipiell zum Kühlen und/oder Heizen eingerichtet sein kann, grundsätzlich die Gesamtheit der einzelnen Komponenten auf einer bestimmten Temperatur gehalten werden kann. Vorzugsweise werden hingegen einzelne Komponenten, insbesondere jede Strahlungsquelle und/oder jeder Strahlungsdetektor, getrennt auf einer spezifischen Temperatur gehalten, weil darüber die optische Ausgangsleistung bzw. die Empfindlichkeit jeweils mit eingestellt werden kann.
  • Bevorzugt erzeugt die LIF-Strahlungsquelle nach einer Ausgestaltung der Erfindung 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 beschränkt 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 Detektionswellenlängenbereich (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 einzusparen. 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 µm gewählt sein, eine Emissionswellenlänge der IR-Strahlung zweiter Wellenlänge beispielsweise von 2,3 µm. 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 Empfindlichkeitsbereich des IR-Detektors (z. B. Photodiode) ist dazu auf die IR-Strahlung der eingesetzten IR-Strahlungsquelle(n) abgestimmt und wird vom allgemeinen Umgebungslicht normalerweise nicht (wesentlich) beeinflusst. Zur Sicherheit kann durch eine zusätzliche Messung des Nullsignals der IR-Detektoren (z. B. Photodiode) beispielsweise jeweils vor dem Einschalten der IR-Strahlungsquelle(n) automatisch 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 wenigstens einen IR-Strahlungsquelle erzeugten IR-Strahlung als MIR-Photodiode ausgebildet.
  • Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung erzeugt die LIF-Strahlungsquelle den Lichtpuls mit einer Taktfrequenz im kHz-Bereich, vorzugsweise 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 Druckluftleiteinrichtung 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 oder Nebeln freigehalten werden. Sind beispielsweise eine oder mehrere der Komponenten LIF-Strahlungsquelle, LIF-Detektor, IR-Strahlungsquelle, IR-Detektor, RS-Strahlungsquelle, RS-Detektor, als eine bauliche Einheit in einem Messkopf zusammengefasst, 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 Messwerterfassung der Substratunterseite, jeweilige Lichtaustrittsöffnungen des Messkopfs von Dämpfen und/oder Partikeln, zum Beispiel Staub, Tröpfchen und dergleichen freigehalten werden, um einen störungsfreien Betrieb der Vorrichtung zu gewährleisten.
  • 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 Messvorrichtung.
  • 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 Beschreibung nicht einschränkend zu verstehender Ausführungsbeispiele der Erfindung, die im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert wird. In dieser Zeichnung zeigen schematisch:
    • 1 eine Seitenansicht und eine Unteransicht eines Ausführungsbeispiels einer Messvorrichtung gemäß der Erfindung,
    • 2 eine perspektivische Ansicht von schräg oben auf ein Ausführungsbeispiel eines Messkopfes der Messvorrichtung aus 1,
    • 3 zwei Pulsdiagramme zur Erläuterung einer zeitlichen Abfolge unterschiedlicher Messverfahren in einem Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Bestimmung eines Maßes einer Oberflächenbelegung einer ein Substrat wenigstens teilweise belegenden Substanz gemäß der Erfindung und
    • 4 mehrere Pulsdiagramme zur Erläuterung eines zeitlichen Ablaufs mehrerer Verfahrensschritte des Verfahrens aus 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.
  • 1 stellt schematisch eine Seitenansicht (a) und eine Unteransicht (b) eines Ausführungsbeispiels einer Messvorrichtung 1 gemäß der Erfindung dar. Die Messvorrichtung 1 weist einen Messkopf oder auch mehrere Messköpfe 2, 2' auf. In 1a 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 1 gezeigten Ausführungsbeispiel der Messvorrichtung 1 ist der Messkopf 2, 2' über Glasfaserbündel 31 (und/oder nicht näher dargestellte Energieversorgungs- und/oder Steuerleitungen) mit einem Schaltschrank 30 verbunden, wie nachstehend noch ausführlicher dargelegt werden wird.
  • Des Weiteren ist in 1 angedeutet, dass das Substrat 3 während des mit dem Messkopf 2, 2' ausgeführten Messvorgangs in einer Vorschub- bzw. Transportrichtung 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 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 traversiert werden. In einem solchen Fall ergibt sich für den gesamten Messvorgang ein meandrierender, wellenartiger Messbereich 5 (auch Messspur) auf dem Substrat 3. Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der Messvorrichtung 1 wird eine Geschwindigkeit in Vorschubrichtung 4 größer oder gleich einer Geschwindigkeit des Messkopfs 2, 2' in Querrichtung 31 gewählt, so dass der meandrierende 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 1b 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 verhältnismäßig lokal begrenzten Messbereich 5' beleuchten, wie er beispielhaft ebenfalls in 1b dargestellt ist.
  • In einer noch weiteren alternativen Verwendung kann der Messkopf 2, 2' außerdem auch rein manuell von einem Bediener platziert werden, um eine Oberflächenbelegung 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 1 weiter zu entnehmen ist, weist das Substrat 3 eine Oberflächenbelegung einer Substanz 6, 6' auf, wobei in 1a 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 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 abschnittsweise oder lokal begrenzte Belegung des Substrats 3 mit der Substanz 6, 6' ist ebenfalls möglich.
  • Des Weiteren ist in 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 Bindungsstrukturen aufweisende Substanz, zum Beispiel ein Öl oder Schmierstoff, ohne jedoch hierauf beschränkt zu sein.
  • 2 stellt eine perspektivische Ansicht von schräg oben auf den Messkopf 2 der Messvorrichtung 1 aus 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 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 2 dargestellt, ist die LIF-Strahlungsquelle 7 nicht im Messkopf 2 selbst angeordnet, sondern in dem Schaltschrank 30 der Messvorrichtung 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 zugeordneten 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 Messbereich 5, 5' abgestrahlte Fluoreszenzstrahlung wird ebenfalls über ein Glasfaserbündel 31 vom Messkopf 2 zum LIF-Detektor 8 übertragen. Somit ist der LIF-Detektor 8 eingerichtet und angeordnet, eine von dem Messbereich 5, 5' abgestrahlte Fluoreszenzstrahlung zur Durchführung einer zeitaufgelösten, lichtinduzierten Fluoreszenzmessung (LIF-Messung) zu detektieren. Aus der LIF-Messung wird ein erstes Oberflächenbelegungsmaß, insbesondere ein Flächengewicht, 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 2 mit dem entsprechenden, in Klammern gesetzten Bezugszeichen 7, 8 und der gestrichelten Bezugszeichenlinie angedeutet sein soll.
  • Dem in 2 gezeigten Messkopf 2 sind zwei erste IR-Strahlungsquellen 9 zur Erzeugung einer IR-Strahlung erster Wellenlänge, vorliegend 3,5 µm, sowie zwei zweite IR-Strahlungsquellen 10 zur Erzeugung einer IR-Strahlung zweiter Wellenlänge, vorliegend 2,3 µm, 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 2 dargestellte Messkopf 2 einen einzigen IR-Detektor 11, vorliegend durch eine MIR-Photodiode gebildet, auf, der eingerichtet und angeordnet 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 Wesentlichen rückgestreut wird.
  • In 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 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 Detektionswellenlängenbereich des zur Detektion der Fluoreszenzstrahlung verwendeten 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 Beleuchtens diffus rückgestreute RS-Strahlung zur Durchführung einer Rückstreuungsmessung 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 2 gezeigte Ausführungsbeispiel des Messkopfes 2 weist weiterhin insgesamt vier Strahlteiler 13 auf, von denen in 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 Wellenlänge angeordnet und koppelt einen Teil der erzeugten IR-Strahlung vor dem Auftreffen 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 I0 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 I0 und der von dem IR-Detektor 11 erfassten Intensität 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 einen Sollwert anzupassen. Eine entsprechende, in 2 nicht gezeigte Steuereinrichtung 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 erzeugten 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 dargestellte Steuereinrichtung vorgesehen ist. Das jeweilige Überwachungsmittel und die jeweilige Steuereinrichtung sind vorliegend jeweils in einer einzigen Komponente zusammengefasst.
  • 3 stellt zwei Pulsdiagramme (a) und (b) zur Erläuterung einer zeitlichen Abfolge der unterschiedlichen Messverfahren, das heißt LIF-Messung, IR-Absorptionsmessung und Rückstrahlungsmessung (RS-Messung), in einem Ausführungsbeispiel eines mit der Messvorrichtung 1 durchgeführten Verfahrens zur Bestimmung der beiden Oberflächenbelegungsmaße der das Substrat 3 belegenden Substanz 6, 6' gemäß der Erfindung dar.
  • In 3a ist eine zeitliche Abfolge einer an sich bekannten LIF-Messung dargestellt. 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 Zeitfenster 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, lichtinduzierten Fluoreszenzmessung erfasst und hieraus das erste Oberflächenbelegungsmaß (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 Umgebungslichtmessgröße durch Erfassen des von dem LIF-Detektor 8 ausgegebenen Umgebungslicht-Messsignals 23 im dritten Zeitfenster 21 bestimmt, die zur Korrektur des durch die während der LIF-Messung vom Messbereich 5, 5' abgestrahlten und vom LIF-Detektor 8 detektierten Fluoreszenzstrahlung hervorgerufenen Messignals herangezogen wird. Zusätzlich wird vorliegend die in Schritt c zu bestimmende 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 allgemeinen LIF-Messung sei erneut auf die DE 195 07 119 C2 verwiesen.
  • In 3b ist gezeigt, dass bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel des Nachweisverfahrens 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 Fluoreszenzmessung (LIF-Messung) eingefügt ist.
  • Damit verbleibt bei dem hier beispielhaft beschriebenen Nachweisverfahren ein Zeitraum 25 von etwa 70 µs, 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.
  • 4 stellt mehrere Pulsdiagramme zur Erläuterung eines zeitlichen Ablaufs mehrerer Verfahrensschritte des Verfahrens aus 3 dar. Die einzelnen Abbildungen zeigen:
    • 4a Erzeugen des Lichtpulses 15 und Beleuchten des Messbereiche 5, 5',
    • 4b Triggerverzögerung 16,
    • 4c Erfassen der Fluoreszenzsignale im ersten Zeitfenster 17 (Untergrundsignal 19 & Fluoreszenz 20) mit LIF-Detektor 8,
    • 4d Erfassen der Fluoreszenzsignale im zweiten Zeitfenster 18 (Fluoreszenz 20) mit LIF-Detektor 8,
    • 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
    • 4f Beleuchten des Messbereichs 5, 5' mit RS-Strahlung aus der RS-Strahlungsquelle 12,
    • 4g Erfassen der rückgestreuten RS-Strahlung mit LIF-Detektor 8,
    • 4h Aktivieren der ersten IR-Strahlungsquellen 9 und Beleuchten des Messbereichs 5, 5',
    • 4i Erfassen des diffus rückgestreuten ersten IR-Absorptionssignals
    • 4j Aktivieren der zweiten IR-Strahlungsquellen 10 und Beleuchten des Messbereichs 5, 5' und
    • 4k Erfassen des diffus rückgestreuten zweiten IR-Absorptionssignals.
  • Die 4a-e bilden hierbei die LIF-Messung, 4f-g die Rückstreuungsmessung (RS-Messung) und die 4h-k die IR-Absorptionsmessung (IR-Messung).
  • Die in 4 gezeigten Schritte werden im Takt der LIF-Strahlungsquelle (bevorzugte 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 Querrichtung 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 1b gezeigte meandrierende Messspur 5 ergibt.
  • Das hierin offenbarte erfindungsgemäße Nachweisverfahren sowie die hierin offenbarte erfindungsgemäße Messvorrichtung sind nicht auf die hierin jeweils offenbarten Ausführungsformen beschränkt, sondern umfassen auch gleich wirkende weitere Ausführungsformen, die sich aus technisch sinnvollen weiteren Kombinationen der hierin beschriebenen Merkmale des Nachweisverfahrens sowie der Messvorrichtung ergeben. Insbesondere sind die hierin vorstehend in der allgemeinen 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 Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
  • In bevorzugter Ausführung wird die erfindungsgemäße Messvorrichtung zur Durchführung des hierin beschriebenen, erfindungsgemäßen Nachweisverfahrens verwendet, um unterschiedlichste Substanzen, insbesondere deren Oberflächenbelegung auf verschiedenen Substraten, die von der Substanz wenigstens teilweise belegt sind, quantitativ nachzuweisen. Besonders bevorzugt findet die Verwendung 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-/Transportrichtung
    5
    (Meandrierender) Messbereich
    5'
    Messbereich
    6
    Unterseitige Substanz
    6'
    Oberseitige Substanz
    7
    LIF-Strahlungsquelle
    8
    LIF- 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
    I0
    Ausgangsintensität
    I
    Rückgestreute Intensität
    IR
    Infrarot
    LIF
    Lichtinduzierte Fluoreszenz
    RS
    Rückstreuung
    t
    Zeit
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 1287310 B1 [0007]
    • DE 102015007054 A1 [0007, 0015]
    • DE 19507119 A1 [0008]
    • DE 102018110931 B3 [0009]
    • DE 19507119 C2 [0020, 0106]

Claims (40)

  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 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), gekennzeichnet durch 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.
  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 Wellenlänge 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 Detektion 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 verwendeten RS-Strahlung überwacht und dynamisch auf einen vorherbestimmten Sollwert angepasst und/oder die Messwerte auf die aktuelle Strahlungsintensität 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 beleuchtet 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 gleichzeitig 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 zueinander 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 Raumrichtungen erfolgt.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die IR-Strahlung erster und zweiter Wellenlänge in Schritt b mit einem einzigen IR-Detektor (11) detektiert wird, wobei der IR-Detektor (11) derart gewählt 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 zwischen dem Beleuchten mit der IR-Strahlung erster und zweiter Wellenlänge, wenn die Beleuchtung des Messbereichs (5, 5') mit der IR-Strahlung abgestellt ist, zusätzlich eine Nullmessgröße durch Erfassen des von dem/den IR-Detektor/en (11) unter dieser Betriebsbedingung ausgegebenen Nullmesssignals bestimmt wird, wobei die Detektion der jeweiligen rückgestreuten IR-Strahlung beim Beleuchten des Messbereichs (5, 5') in Schritt b auf Grundlage 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 abgeklungen 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 weiteren 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 angepasst 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 steuernden Komponenten mit einer Temperiereinrichtung auf eine vorherbestimmte 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 Metallwerkstoff gebildet ist, bevorzugt ein flächenhaft 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 ÖI, ein Schmierstoff, eine Passivierung, ein Klebstoff, ein Lack und dergleichen.
  22. Messvorrichtung zum quantitativen Nachweis einer Oberflächenbelegung einer ein Substrat (3) wenigstens teilweise belegenden Substanz (6, 6'), aufweisend: - eine LIF-Strahlungsquelle (7) zur Erzeugung eines Lichtpulses (15) vorherbestimmter Wellenlänge, wobei die LIF-Strahlungsquelle (7) eingerichtet 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 Durchführung einer zeitaufgelösten, lichtinduzierten Fluoreszenzmessung (LIF) zu detektieren, um ein erstes Oberflächenbelegungsmaß der Substanz (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 Absorptionsbereich 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 angeordnet 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 Wellenlänge und/oder die vom Messbereich (5, 5') diffus rückgestreute IR-Strahlung zweiter Wellenlänge zur Durchführung einer Infrarot-Absorptionsmessung (IR) zu detektieren, um ein zweites Oberflächenbelegungsmaß der Substanz (6, 6') auf dem Substrat (3) zu bestimmen, gekennzeichnet durch - eine RS-Strahlungsquelle (12) zur Erzeugung einer RS-Strahlung vorherbestimmter Wellenlänge, wobei die RS-Strahlungsquelle (12) eingerichtet 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 detektieren, um eine Korrekturmessgröße zu bestimmen, auf deren Grundlage 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 rückgestreuten 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 erzeugten 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 Messbereich (5, 5') mit der IR-Strahlung erster Wellenlänge zu beleuchten und wenigstens eine zweite IR-Strahlungsquelle (10) zur Erzeugung der IR-Strahlung zweiter Wellenlänge vorgesehen und angeordnet ist, den Messbereich (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 wenigstens 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 Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine erste IR-Strahlungsquelle (9) und die wenigstens eine zweite IR-Strahlungsquelle (10) derart angeordnet sind, dass der Messbereich (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 Strahlungsquellen (10) derart angeordnet sind, dass je eine IR-Strahlungsquelle (9, 10) in jeweils einer Ecke eines gedachten, alle IR-Strahlungsquellen (9, 10) umgebenden Vierecks derart angeordnet ist und sich die beiden ersten IR-Strahlungsquellen (9) diametral gegenüberstehen und sich die beiden zweiten 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 zweiter 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) erzeugten IR-Strahlung ein Strahlteiler (13) angeordnet ist, der einen Teil der erzeugten IR-Strahlung vor dem Auftreffen auf den Messbereich (5, 5') auskoppelt und auf einen IR-Intensitätsdetektor (14) lenkt, um die Ausgangsintensität (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 dynamisch 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 erzeugten 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/oder 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 Photomultiplier ausgebildet ist.
  35. Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die RS-Strahlungsquelle (12) zur Erzeugung der für die Rückstreuungsmessung verwendeten RS-Strahlung als LED ausgebildet ist und der RS-Detektor (8) zur Detektion der diffus rückgestreuten RS-Strahlung als Photodiode ausgebildet 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 Lichtweg des Lichtpulses (15) und/oder den Lichtweg der IR-Strahlung der wenigstens 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 Einheit 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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