Tekst: Henk van Beek
Röntgenfluorescentiespectrometrie is bijna 100 jaar oud. Is XRF dan ook uitgeëvolueerd? Zeker niet, vindt Rob Verstegen van Verlab. De hardware wordt steeds meer verfijnd en data en AI spelen meer en meer een rol. “Te meten producten worden steeds kleiner en de te meten laagjes dunner en dunner”
In de basis is XRF natuurlijk gewoon wat het is: een röntgenbuis die röntgenstraling zo dicht mogelijk bij een monster brengt om een zo groot mogelijke hoeveelheid fluorescentie te creëren. Dat weet Rob Verstegen, directeur van Verlab, ook wel, met zijn 35 jaar ervaring op het gebied van XRF-apparatuur. Toch ziet hij continu verbeteringen. Het is de continue evolutie van een techniek, zo je wilt.
“Kijk naar de röntgenbuis. Daar gebruikte men een standaardbuis voor, maar de meeste apparaten gebruiken nu een microfocus-röntgenbuis. Zo wordt de röntgenstraling meer gericht op een plek, waardoor er een hogere intensiteit is op het punt waar je meet. En aan de detectiezijde is er ook een aantal fases van verbeteren geweest. Nu gebruiken we SDD’s, de silicon drift detectors, met een hele hoge resolutie die ook nog eens ongevoelig is voor temperatuurinvloeden en dergelijke.”
Collimator
Een andere verandering is het vermogen. Dat is van 50 naar 100 watt verhoogd de laatste jaren. En tegenwoordig kan je niet meer af met een collimator zoals ze eerder gebruikten. Vroeger was dat eigenlijk niet meer dan een gaatje waarmee je een röntgenstraal begrenst. Vandaag de dag doe je dat met een collimator die het signaal zelf collimeert, dankzij polycapillaire optica. Normaal kan je een röntgenstraal niet buigen, maar de moderne collimatoren kan je wel naar een punt toe focussen. Dat moet ook wel, omdat de producten steeds kleiner worden en de te meten laagjes dunner en dunner, vooral in de elektronica.
Verstegen: “Het gaat om oppervlaktes van nanometers. Dat vereist wat van je meetinstrument, maar ook van de mechaniek en de optica er omheen. De oppervlakte is klein, maar dat onderdeel moet je ook nog eens onder de microscoop krijgen. Dan heb je fijngestuurde x/y-tafels nodig.”
Dataopslag vereist
Tegenwoordig communiceren de meetapparaten met de diverse (ERP-)systemen. Data wordt een-op-een overgezet. “Er wordt geeist dat data opgeslagen wordt, zeker als je zaken doet met grotere ondernemingen. Kijk, bij een kleiner galvanisch bedrijf volstaat een meetrapport. Elektronicafabrikanten willen en moeten data verwerken in hun eigen kwaliteitssystemen. Dus moet je de juiste interfaces hebben. Dat kan real-time, maar dat kan ook in een netwerk terechtkomen voor latere verwerking.”
De vraag naar real-time dataverwerking is volgens Verstegen nog niet zo heel groot. In de procesindustrie wend je de data aan om te kunnen bijsturen. De klanten van Verstegen gebruiken de meetwaardes vooral om rapportages en tracering mogelijk te maken.
AI
Verlab is vertegenwoordiger van Hitachi in Nederland. Het Japanse bedrijf heeft juist nu een volledig nieuw toestel ontworpen, mede met het oog op verdergaande digitalisering: de FT230. Verstegen: “Hitachi is begonnen met een blanco vel en heeft zich afgevraagd wat de gebruiker het liefst wil. Natuurlijk een röntgenbuis en een detector blijven de kern. Maar alles er omheen is onder de loep genomen. Wat kwam er uit? Gebruikers willen en moeten eenvoudig en snel werken. Tijd is geld en er moet zo snel mogelijk een meetresultaat zijn. Zo makkelijk mogelijk gemaakt voor een operator.”
Niet voor niets is de FT230 ontworpen om de hoeveelheid tijd die nodig is om een XRF-meting uit te voeren te verminderen. Met traditionele XRF-instrumenten gaat ongeveer 72% van de testtijd verloren bij het instellen, wat betekent dat operators aanzienlijk meer tijd besteden aan het voorbereiden van een meting en het manipuleren van de resultaten dan het instrument besteedt aan het analyseren van het onderdeel.
‘Find my path’
Een ander voorbeeld: vroeger had je veel informatie op het beeldscherm en een klein gedeelte van de display was videobeeld. Veel van de informatie was eigenlijk niet direct nodig. Nu is het andersom. Een groot beeld met video en alleen de essentiële informatie in beeld zichtbaar. Dat is efficiënte eenvoud, meent Verstegen. Ook heeft de FT230 een dubbele camera. Daarmee breng je aan de ene kant het gefocuste deel in beeld en de andere camera laat het hele product zien.
“Een echte innovatie is ‘find my path’, gebaseerd op AI. Find my path selecteert automatisch de functies die moeten worden gemeten, de analytische routines en rapportageregels, zodat de operator minder tijd besteedt aan het gebruik van de XRF en meer tijd om aan de resultaten te werken. De ingebouwde, door de gebruiker gebouwde bibliotheek kan eenvoudig worden uitgebreid om nieuwe onderdelen en nieuwe routines aan te kunnen naarmate uw werk verandert. Het toestel leert de producten dus kennen. Het bouwt een database op in de loop der tijd en zo worden producten herkenbaar voor de meter. Dat levert een heleboel tijdswinst op.”
Wat zijn de uitdagingen? “Snelheid. Dat is het belangrijkste. De meettijd is nu tien seconden. Dat kan eigenlijk teruggebracht worden tot de tijd van een piepje. Zink op ijzer, daar hoef je echt geen 10 seconden voor te meten, dat kan ook in 2 tellen.”
En natuurlijk blijft de beperking van XRF dat niet alles kan worden gemeten; het blijft beperkt tot de 72 elementen van fluor tot uranium. Toch is ook daar verandering. Fosfor kunnen we nu wel meten. En de minimale en maximale diktes kunnen we ook steeds beter aan. Met XRF kunnen we nog geen nikkel van 50 micrometer meten. Of hele dunne lagen van nanometerniveau.”