Infrarotsensor kontrolliert Beschichtung
Ein thermisches Messsystem zur Qualitätskontrolle von Oberflächenbeschichtungen haben Forscher der Zürcher Hochschule für angewandte Wissenschaften (ZHAW) entwickelt. Infrarotsensoren überwachen die Schichten kontaktfrei während der Produktion und in der Anwendung.
Ob Autos, Flugzeuge, Gemälde, Haushaltsgegenstände, Maschinen, Leitungen: Beinahe überall findet sich heute irgendeine Art Beschichtung, sei es als Korrosionsschutz, Laminierung oder Isolierung. Eine klassische Methode zur Messung einer Beschichtung ist die Analyse unterm Mikroskop. Das Entnehmen der notwendigen Probe beschädigt allerdings das Werkstück und ist zudem nur nach der Produktion möglich. Eine elektromagnetische Überprüfung der Dicke metallischer Stoffe hingegen erfordert Kontakt zur Oberfläche. Das erweist sich allerdings bei Beschichtungen, die eine gewisse Temperatur, Oberfläche oder Bewegung aufweisen, als schwierig bis unmöglich.
Berührungslose und zerstörungsfreie Methoden ließen sich bislang nur bei transparenten Beschichtungen anwenden oder waren aufgrund verwendeter Strahlung mit gesundheitlichen Risiken und hohen Kosten verbunden. Eine Überprüfung von Glas, Keramik und weiteren nicht metallischen Oberflächen war deshalb extrem aufwendig.
An der ZHAW-School of Engineering (SoE) fand sich nun eine Lösung der Probleme durch Nutzung der Temperatureigenschaften von Stoffen. Um Rückschlüsse über die bei der Beschichtung verwendeten Materialien zu erlangen, wird die Beschichtung auf einer Fläche von ca. 2 mm2 und einer Tiefe von 5 µm bis zu 1000 µm erwärmt.
Wie schnell oder gleichmäßig das Material abkühlt, lässt Rückschlüsse auf Dicke, Haftung, Qualität und andere Parameter der Beschichtung zu. Beispielsweise sorgen Lufteinschlüsse für einen Wärmestau und verlangsamen den Abkühlprozess. Liegen mehrere Schichten vor, so gibt auch der Abkühlungsprozess selbst Auskünfte über die Beschaffenheit jeder einzelnen Komponente.
Als Anregungsquelle dient ein Lichtblitz aus einer Gasentladungslampe, der impulsartig elektromagnetische Strahlung aussendet. „Die remittierte Wärmestrahlung wird von Infrarotsensoren in elektrische Signale umgewandelt und anschließend digitalisiert“, erklärte Nils Reinke den VDI nachrichten. Zusammen mit Andor Bariska entwickelte er das Messsystem und brachte das Produkt unter der Bezeichnung CoatMaster zur Serienreife. Vermarktet wird es nun über die von ihnen gegründete Firma Winterthur Instruments.
Die Daten aller Schichten werden parallel mittels eines Algorithmus analysiert, den das Team der SoE entwickelt hat. Um Tausende Messwerte pro Sekunde erfassen zu können, werden die Hochgeschwindigkeitssensoren mit Peltierelementen oder Stirlingmotoren gekühlt.
Obwohl das System thermografisch arbeitet, geht es dennoch weiter als die herkömmliche Thermografie. Reinke betonte: „Wir wollen keine schönen Bilder machen, sondern Informationen sammeln.“
Der CoatMaster bestimmt zerstörungsfrei und detailliert die Schichtenbeschaffenheit ohne Kontakt mit dem Prüfmaterial. Auf diese Weise können altersbedingte Beschichtungsschäden früh erkannt, in der Produktion Materialien eingespart und die Stärken der Lackschichten im nassen Zustand bestimmt werden.
Eingesetzt wird das Produkt vor allem auf dem europäischen Industriemarkt, die Idee des thermischen Schichtprüfverfahrens lässt sich aber auch in anderen Bereichen anwenden. So forscht die ZHAW an Weiterentwicklungen für Medizintechnik und Kunsthandel. Reinke: „In Zukunft lassen sich Transportschäden an Gemälden oder abnorme Veränderungen im Hautbild zuverlässig und nicht-invasiv beurteilen.“
Auf der Hannover Messe stellt Winterthur Instruments das System am Stand D43 in Halle 2 messbereit vor. „Hier kann der Messebesucher mitgebrachte Testobjekte prüfen lassen und die Ergebnisse mitnehmen“, verspricht Reinke.
MAJA POLLMANN
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