Berührungslose und zerstörungsfreie Online-Schichtdickenmesssysteme

Die Messgeräte der „PaintChecker modular“-Geräteserie sind berührungslose und zerstörungsfreie Schichtdickenmesssysteme auf der Basis eines gepulst photothermischen Verfahrens. Sie können für Offline- und Online-Messungen im Rahmen der Prozesskontrolle und Prozessüberwachung eingesetzt werden. Mit den Geräten können sowohl feuchte und trockene organische Beschichtungen als auch Pulverlacke, UV-Lacke, Gleitlacke oder Glasuren auf Metallen, Gummi oder Keramik gemessen werden.

Immer kürzere Produktzyklen, strengere Umweltgesetzgebungen, höhere Anforderungen des Kunden an das Endprodukt sowie technologische Veränderungen haben erhebliche Auswirkungen auf die Anlagen- und Prozesstechnik in modernen Lackieranlagen. In Beschichtungs- und Produktionsprozessen, insbesondere in der Großserienfertigung, ist heute und in Zukunft ein sehr hoher Automatisierungsgrad selbstverständlicher Bestandteil, um die steigenden Qualitätsanforderungen innerhalb eines angemessenen Kostenrahmens zu erfüllen.

Die Schichtdicke spielt in den komplexen Applikationsprozessen eine zentrale Schlüsselrolle. Aus den Schichtdickenmesswerten können Rückschlüsse auf die Oberflächenbeschaffenheit, die Farbe, den Glanz und andere Größen einer Beschichtung gezogen werden. Ziel ist es, die Schichtdicke möglichst frühzeitig im feuchten Zustand bestimmen zu können, um bei Veränderungen im Beschichtungsprozess schnell eingreifen zu können. Zu spät erkannte Beschichtungsfehler führen zu erheblicher Nacharbeit oder zu immensem Ausschuss, da die Trocknungsprozesse sehr viel Zeit benötigen. Konventionelle Qualitätsüberwachungen mit Stichprobenkontrollen im trockenen Lackzustand stellen deshalb keine wirkungsvolle Vorgehensweise dar.

Die Firma OptiSense stellt photothermische Online-Schichtdickenmessgeräte zur Online- und Offline-Prozesskontrolle und Prozessüberwachung her. Die Geräte zeichnen sich dadurch aus, dass sie berührungslos und zerstörungsfrei die Schichtdicke mit hohen Messraten bestimmen können. Die Einflüsse durch Relativbewegungen und Messung unter Winkeln wird von den Messsystemen kompensiert.

Das Funktionsprinzip des photothermischen Messverfahrens beruht darauf, dass ein kurzer Laserimpuls auf den Lack ausgesendet wird und die Lackschicht erwärmt. Eine Empfangsoptik registriert den zeitlichen Verlauf der Temperaturänderungen an der Lackoberfläche. In einer Auswerteeinheit wird daraus die Schichtdicke errechnet. Sinngemäß lassen sich dünnere Lackschichten mit dem Laser schneller aufheizen als dickere. Der zeitliche Verlauf dient als Maß für die Schichtdicke. Das Messverfahren hängt maßgeblich davon ab, dass der Lack und das Substrat unterschiedliche Wärmeausbreitungskoeffizienten besitzen.

Die Messsysteme sind so ausgelegt, dass sie einfach in bestehende Produktionsanlagen integriert werden können. Die Gerätebedienung kann direkt am Messgerät oder per Remote Control über einen netzwerkfähigen PC mit Webbrowser erfolgen. Die aufgenommenen Messdaten können in Dateien oder einer Datenbank gespeichert und anderen Nutzern zur Verfügung gestellt werden. Die Messergebnisse werden in numerischer und grafischer Form angezeigt und beinhalten aktuellen Messwert, Mittelwert, Sigma und Cpk. Beim „PaintChecker modular – System“ kann die Schichtdickenverteilung auch dreidimensional über einer Fläche dargestellt werden, da dieses System über eine Bewegungstechnik verfügt und komplexe Oberflächen vermessen kann.

Neben klassischen Softwaretools werden darüber hinaus erstmals Tools zur Online-Prozessanalyse angeboten. Dabei werden eine Vielzahl an Prozessparametern messtechnisch erfasst und deren Daten in einer Datenbank gespeichert. Mit Hilfe der Fuzzy-Technik wird anhand der Daten ein Prozessmodell erstellt, mit dem Vorhersagen des Prozessverlaufs erstellt werden können. Fertigungsergebnisse können durch die Prozessmodellierung bereits zu Zeitpunkten ausgegeben werden, bei dem das Produkt noch in Bearbeitung ist. Damit lassen sich Probleme in der Produktion schneller aufspüren und beseitigen. Die klassische FMEA wird damit um die Möglichkeit der Onlineanalyse erweitert. Der komplette Prozess von der Datenaufnahme über die Analyse bis hin zur Optimierung des Prozesses kann in erheblich kürzerer Zeit als bei der rein analytischen Vorgehensweise durchgeführt werden.