Fraunhofer-GesellschaftSchichtdickenmessung im industriellen Umfeld
Berührungslose Schichtdickenmessung
Das Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM, Kaiserslautern, hat ein Schichtdickenmessgerät entwickelt, das berührungslose Schichtdickenmessung im industriellen Umfeld ermöglicht. Der Schwerpunkt liegt auf der Dickenmessung einzelner Schichten innerhalb eines Mehrschichtsystems. Diese Technologie eignet sich für Beschichtungen auf beliebigen Materialien, einschließlich feuchter, klebriger und weicher Beschichtungen sowie gekrümmter Oberflächen.
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.
Bestimmung der Schichtdicken
Die Schichtdickenbestimmung erfolgt durch einen Vergleich von gemessenem und simuliertem Signalverlauf. Hierfür werden die Materialparameter der eingesetzten Beschichtungsmaterialien und der Signalverlauf des einfallenden Terahertz-Pulses benötigt. Die Dicken der Einzelschichten werden solange variiert, bis eine optimale Übereinstimmung von Messung und Simulation erreicht ist. Diese Optimierung wird zeiteffizient in Parallelprozessen auf einer Graphikkarte durchgeführt, sodass eine Messzeit von nur einer Sekunde erreicht wird. Wobei die Auswertung der Messung während der Aufnahme des nächsten Messsignals erfolgt.
Die zuverlässige Anwendung der Dickenmessung im industriellen Umfeld wird durch eine speziell angepasste Auswertesoftware unterstützt, die Störungen wie Positionsschwankungen und Vibrationen ausgleicht, die die Messungen oft erschweren oder gar unmöglich machen.
Einsatzgebiete für die Schichtdickenmessung
Primär adressiert die berührungslose Schichtdickenmessung 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 auch eine Online/Inline-Kontrolle während des Lackierprozesses möglich, da die Terahertz-Wellen den Sprühnebel nahezu ungehindert durchdringen.
Darüber hinaus lässt sich das Messsystem in allen Branchen eingesetzt werden, in denen die berührungslose Schichtdickenmessung an nichtmetallischen Objekten von besonderer Bedeutung ist, wie beispielsweise bei Herstellern von Folien, Flaschen und Kunststoffrohren.