System zur Schichtdickenmessung in Echtzeit und Bestimmung der thermischen Eigenschaften

Der CoatMaster der Winterthur Instruments AG aus Winterthur (Schweiz) misst die Schichtdicke von nassen, klebrigen, pulverförmigen und festen Beschichtungen berührungslos und zerstörungsfrei unmittelbar nach dem Auftragen. Unabhängig von der Temperatur und der Farbe der Beschichtung oder von der Rauigkeit oder der Form des Prüflings liefert das Gerät präzise Prüfergebnisse. So werden Messfehler kleiner 50 nm selbst auf sandgestrahlten Oberflächen erreicht. Das nach dem Prinzip der thermischen Schichtprüfung arbeitende Gerät ist in Produktionslinien integrierbar und findet in vielen Industriezweigen, besonders aber in der Automobil- und in der Möbelindustrie Anwendung. Anfang 2017 wurde eine neue Serie des Systems vorgestellt. Zusätzlich zur Schichtdicke können nun auch thermische Eigenschaften wie die Diffusivität, die Schichtzeit und der Schichtwiderstand ermittelt werden. Neue statistische Funktionen ermöglichen überdies eine tiefgreifende Analyse und eine fortlaufende Optimierung von Beschichtungsvorgängen.

Das System arbeitet ohne gefährliche Strahlungsquellen, wie z. B. Laser oder Röntgen, sondern basiert vielmehr auf dem Verfahren der thermischen Schichtprüfung. Es misst Schichtdicken aus einem Abstand von 5 bis zu 50 cm bei einer anwendungsabhängigen Messdauer von 20 bis 200 ms. Mit einer Standardabweichung von deutlich unter einem Prozent wird das Gerät den Anforderungen einer Prüfmittel-Fähigkeitsanalyse gerecht.

Bei einer Prüfung wird die zu untersuchende Beschichtung kurzzeitig durch Belichtung zerstörungsfrei erwärmt, während Infrarotsensoren den resultierenden Verlauf der Oberflächentemperatur aufzeichnen. Die Temperatur klingt mit einer charakteristischen Dynamik ab, die von den thermischen Eigenschaften der Beschichtung und der Schichtdicke abhängt. So können Beschichtungsparameter wie die Schichtdicke, aber auch die Porosität, der thermische Schichtwiderstand, die thermische Leitfähigkeit und die thermische Diffusivität schnell und reproduzierbar ermittelt werden. Bereits vor einer Prüfung machen intelligente Algorithmen den Benutzer auf Kalibrierfehler, wie z. B. das Vertauschen von Kalibriernormalen, und Messfehler bei der Referenzmessung aufmerksam.

Das System kann die Schichtdicke auf den unterschiedlichsten Trägermaterialien messen, wie z. B. Metall, Kunststoff, Holz, CFK, Keramik oder Glas. Besonders bei der Herstellung qualitativ hochwertiger Produkte aus der Automobilindustrie wie Lagerschalen, Kolben oder Schwingungsdämpfern wird die Technologie eingesetzt. In der Produktion von PKW-Anbauteilen aus Kunststoff z. B. wird unmittelbar nach der Applikation die Schichtdicke des noch nassen Lacks gemessen. Und dank der berührungslosen Schichtdickenmessung in Echtzeit und »Closed-Loop Regelung« werden Pulverlacke automatisiert und µm-genau auf Möbelteilen appliziert.

Der Einsatz des Systems führt laut Herstellerangaben in vielen Industriezweigen zu einer nachhaltigen Verbesserung der Produktqualität sowie zur Verbrauchsreduktion von Beschichtungsmaterialien (bis zu 30 Prozent) und einer Vermeidung von Ausschuss. Bei schwankenden Schichtdicken kann die gemittelte Messfläche von 1 mm auf bis zu 50 mm Durchmesser vergrößert werden. Eine Integration des Messgeräts in Produktionslinien ist durch seine Verkippungs-(+/- 80°) und Abstandstoleranz (5 - 100 cm) in vielen Anwendungsbereichen möglich.

© Foto Winterthur Instruments AG

System zur Schichtdickenmessung in Echtzeit