Schichtdickenmessung im industriellen Umfeld

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Terahertz-Wellen durchdringen elektrisch nicht leitfähige Materialien, sind gesundheitlich unbedenklich und lassen sich zerstörungsfrei sowie berührungslos anwenden.

Das Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM, Kaiserslautern, stellt ein Schichtdickenmessgerät vor, mit dem berührungslos und zerstörungsfrei Schichtdicken im industriellen Umfeld gemessen werden können. Schwerpunkt liegt auf der Dickenmessung einzelner Schichten innerhalb eines Mehrschichtsystems. Die Beschichtung kann hierbei auf beliebigem Material aufgetragen sein. Die Dickenmessung kann auch an feuchten, klebrigen und weichen Beschichtungen und an gekrümmten Oberflächen erfolgen.

Eingesetzt wird ein Kurzpuls-Terahertz-System. Analog zur Ultraschallmessung werden hier kurze Terahertz-Lichtpulse auf die Probe geschickt, mit dem Unterschied, dass die Terahertz-Messungen ohne Koppelmedium auskommen und somit berührungslos sind. An jeder Grenzfläche wird ein Teil des Lichts reflektiert. Die reflektierten Signale werden von Terahertz-Empfänger zeitaufgelöst registriert. Diese zeitaufgelösten Echosignale enthalten die Tiefeninformationen der Probe, woraus die Schichtdicken bestimmt werden können.

Die Schichtdickenbestimmung erfolgt durch einen Vergleich von gemessenem und simuliertem Signalverlauf. Zur Simulation benötigt man die Materialparameter der eingesetzten Beschichtungsmaterialien und den Signalverlauf des einfallenden Terahertz-Pulses. Mit dieser Kenntnis werden die Dicken der Einzelschichten solange variiert, bis eine optimale Übereinstimmung von Messung und Simulation erreicht wird. Um diese Optimierung möglichst zeiteffizient zu realisieren, wird diese in Parallelprozessen auf einer Graphikkarte durchgeführt. Eine Messzeit von einer Sekunde wird erreicht, wobei die Auswertung der Messung während der Aufnahme des nächsten Messsignals erfolgt.

Der zuverlässige Einsatz der Dickenmessung im industriellen Umfeld wird möglich durch eine neue, speziell angepasste Auswertesoftware, wodurch Störungen wie Positionsschwankungen und Vibrationen ausgeglichen werden, die die Messungen oft erschweren oder gar unmöglich machen.

Adressiert werden vornehmlich Hersteller von Automobilen, Flugzeugen und Schiffen. Hier kann das Messsystem in der Endkontrolle des Lackierprozesses zur Qualitätskontrolle eingesetzt werden. Wegen der großen Wellenlänge der Terahertz-Wellen ist es ebenso möglich, das Gerät während des Lackierprozesses zur Online/Inline-Kontrolle einzusetzen, da die Terahertz-Wellen den Sprühnebel fast ungehindert durchdringen.

Darüber hinaus kann das Messsystem in allen Branchen eingesetzt werden, in denen die Dickenmessung an nichtmetallischen Objekten von besonderer Bedeutung ist. Zu nennen sind hier die Hersteller von Folien, Flaschen und Kunststoffrohren.