F-Scanner prüft Oberflächenreinheit und Beschichtung

Hohe Qualitätsanforderungen bei Bauteiloberflächen an Beschichtungen und Oberflächenreinheit erfordern besonders leistungsfähige Prüfverfahren. Bildgebenden Fluoreszenz-Laserscanner (F-Scanner) kontrollieren Oberflächen direkt in der Produktion oder im Labor.

Das Prüfsystem F-Scanner vom Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik (IPM) rastert die Oberfläche sehr schnell mit UV-Licht ab. Bei diesen Wellenlängen zeigen organische Substanzen wie zum Beispiel Fette, Öle, Klebstoffe und Trennmittel eine starke Fluoreszenzaktivität. Das bedeutet: Sie wandeln einen Teil des UV-Lichts in sichtbares Licht um. Die Fluoreszenz dieser Stoffe kann mittels einer spektralen Filterung sowie einer äußerst empfindlichen Detektionseinheit kontrastreich und eindeutig gemessen werden. So lassen sich bereits wenige Milligramm pro Quadratmeter einer organischen Substanz detektieren – ganz gleich, ob es sich um eine Verschmutzung oder eine gewünschte Belegung, zum Beispiel eine Beölung, handelt.

Fraunhofer IPM setzt bildgebende Fluoreszenzmesstechnik bereits in verschiedenen Applikationen ein, etwa bei der Detektion unerwünschter Rückstände von Schmier- und Korrosionsschutzmitteln, Klebern, Trennmitteln oder Fotolacken,. bei der Analyse der Beölung von Platinen und Metallbändern und der Überwachung funktioneller Beschichtungen (etwa Haftvermittler).

Im Gegensatz zu Punktmessverfahren, die eine Oberfläche nur stichprobenartig erfassen, ermöglicht der F-Scanner eine ortsaufgelöste 100-Prozent-Kontrolle großer Flächen. Dazu wird ein UV-Laser mit bis zu 400 Linien pro Sekunde auf das Bauteil projiziert. Aus den bis zu 50 Mio. Datenpunkten pro Sekunde wird ein hochaufgelöstes Gesamtbild erzeugt, das die Verteilung der organischen Substanzen auf der Oberfläche wiedergibt. Dank des kollimierten Laserstrahls besitzt das System eine hohe Tiefenschärfe. Neben der Überwachung von Bandware werden so auch Problemstellen bei komplexen Bauteilen zuverlässig erkannt.

Der F-Scanner wird je nach Anwendung in zwei Varianten angeboten: Der F-Scanner-2D scannt die Bauteiloberfläche in zwei Raumrichtungen und erzeugt ein vollständiges Bild der Beschichtung beziehungsweise der Restverunreinigung. Damit ist erstmals eine quantitative Analyse der Oberflächenbelegung auch bei beliebig geformten 3D-Objekten möglich. Das System eignet sich zur Voruntersuchung, zur flexiblen Qualitätsprüfung von Serienbauteilen und als Prüfsystem in der Produktion. Der F-Scanner-1D ist für die Messung in Bewegung optimiert – etwa von Bauteilen auf Förderbändern oder von Bandware. Das Inline-Prüfsystem scannt die Bauteiloberfläche sehr schnell senkrecht zur Bewegungsrichtung. Selbst bei Geschwindigkeiten von einigen m/s wird die Oberfläche mit einer Auflösung im Millimeterbereich erfasst.

Durch eine Kalibrierung des optischen Signals auf die Menge der zu detektierenden Substanz sind beide Systeme geeignet, die Beschichtungsdicke und die Menge der Restverunreinigung quantitativ zu messen. Fraunhofer IPM baut die Systeme anwendungsspezifisch auf und installiert sie beim Anwender – im Labor oder in der Produktionslinie.

Wesentlicher Bestandteil der Fluoreszenz-Messsysteme von Fraunhofer IPM ist die automatisierte Bildverarbeitung. Das Fluoreszenzbild wird mittels Mustererkennung in Echtzeit ausgewertet. Überschreiten Verunreinigungen den definierten Grenzwert oder weichen Beschichtungen vom Sollwert ab, alarmiert die Software den Nutzer oder sendet ein entsprechendes Signal an die Anlage. Auf diese Weise hilft die ortsaufgelöste Auswertung, Produktionsabläufe zu prüfen, zu dokumentieren und dadurch dauerhaft zu optimieren. (OM-06/22)