Schichtdickenmessung im industriellen Umfeld mittels Terahertz

Zerstörungsfreie Messung von Schicktdicken mit Terahertz

Das Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM, Kaiserslautern, arbeitet unter anderem im Bereich der Terahertz-Messtechnik und entwickelte ein Mehrkanal-Schichtdickenmessgerät für die zerstörungsfreie Messung von Schichtdicken im industriellen Umfeld vor. Der 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.

Analog zur Ultraschallmessung werden bei dem eingesetzten Kurzpuls-Terahertz-System kurze Terahertz-Lichtpulse auf die Probe geschickt. Im Unterschied zur Prüfung mit Ultraschall kommen Terahertz-Messungen jedoch ohne Koppelmedium aus und arbeiten somit berührungslos. An jeder Grenzfläche wird ein Teil des Lichts reflektiert. Die reflektierten Signale werden vom Terahertz-Empfänger zeitaufgelöst registriert. Diese zeitaufgelösten Echosignale enthalten die Tiefeninformationen der Probe, woraus die Schichtdicken bestimmt werden können.

Schichtdickenmessung bei dünnen Schichten

Für dünne Schichten erfolgt die Schichtdickenbestimmung 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. Eine Messzeit deutlich unter einer Sekunde ist möglich, wobei die Auswertung der Messung während der Aufnahme des nächsten Messsignals erfolgt.

Zuverlässige Schichtdickenmessung auch bei widrigen Bedingungen

Die in vielen industriellen Umgebungen vorhandenen Vibrationen und Schwingungen werden durch eine speziell angepasste Auswertesoftware ausgeglichen, durch die auch unter widrigen Bedingungen zuverlässige Dickenmessungen möglich sind.

Einsatzbereiche der Schichtdickenmessung mit Terahertz

Das vorgestellte System ist insbesondere für die Hersteller von Automobilen, Flugzeugen und Schiffen interessant. Hier kann das Messsystem in der Endkontrolle des Lackierprozesses zur Qualitätskontrolle eingesetzt werden. Es ist jedoch aufgrund der großen Wellenlänge der Terahertz-Wellen ebenso möglich, das Gerät unmittelbar während des Lackierprozesses zur Online- bzw. Inline-Kontrolle einzusetzen, da die Terahertz-Wellen den Sprühnebel fast ungehindert durchdringen.

Darüber hinaus kann dieses Messsystem in verschiedenen 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.