Inline-Prüfung von Oberflächenreinheit und Beschichtungen

System in der Produktionslinie
© Fraunhofer IPM
Dank ihres kompakten Designs und hoher Bildraten lässt sich die F-Camera mini in die Produktionslinie integrieren.
Kamera und Beleuchtung
© Fraunhofer IPM
Kamera (Mitte) und Beleuchtung (ringförmig außen) sind in einem robusten, zylinderför-migen Gehäuse untergebracht. Der gesamte Messkopf hat eine Höhe von 20 cm und einen Durchmesser von 12 cm.

Das Fraunhofer IPM zeigt mit der F-Camera mini ein System zur Inline-Prüfung von Bauteiloberflächen. Verunreinigungen oder die Qualität von Beschichtungen werden im Sekundentakt mit einer Auflösung bis in den Mikrometerbereich detektiert. Die F-Camera mini eignet sich zur Inspektion gekrümmter Freiformoberflächen sowie spiegelnder oder auch rauer Oberflächen. Dank Fluoreszenz-Messtechnik erkennt das System organische Substanzen auf metallischen Oberflächen besonders sensitiv: Filmische Restverunreinigungen bis hinunter zu wenigen 10 nm Dicke werden zuverlässig detektiert.

Das System besteht aus einer Beleuchtungseinheit mit mehreren hochleistungsfähigen UV-LEDs zur Anregung der Fluoreszenz. Fluoreszierende Oberflächenbeläge wie zum Beispiel filmische Verunreinigungen oder organische Beschichtungen auf einem metallischen Bauteil leuchten unter diesem Licht im sichtbaren Spektralbereich hell. Mit einer Bildaufnahme, die das Anregungslicht herausfiltert, werden die Beschichtungen auf den Oberflächen sichtbar. Die Helligkeit des Signals ist ein Maß für die Dicke des detektieren Belags, was eine Quantifizierung der Daten erlaubt. Mit einer nachgeschalteten Bildauswertung können Kenngrößen ausgegeben werden, die eine Bewertung der Oberfläche im Sinne einer Qualitätssicherung ermöglichen.

Die F-Camera mini inspiziert mit einer Aufnahme eine Fläche von 18 mm × 14 mm (2,5 cm²) mit einer Auflösung von einigen 10 μm und kann somit auch lokal eingegrenzte filmische Restverunreinigungen sehr gut erkennen. So können beispielsweise Kontaktpads elektronischer Platinen auf Flussmittelreste oder Klebeflächen auf Rückstände von Ölen und Fetten untersucht werden. Bildfeld und Bildauflösung können an die jeweilige Aufgabenstellung angepasst werden. Die hohe Bildrate von 20 Hz ermöglicht eine prozessintegrierte Qualitätskontrolle von Bauteiloberflächen. Die Messergebnisse liegen innerhalb einer Sekunde vor. So können fehlerhafte Bauteile im Produktionstakt erkannt und rechtzeitig die passenden Korrekturmaßnahmen durchgeführt werden. Insbesondere Bauteilsegmente mit besonders hohen Sauberkeitsanforderungen können inline mit der nötigen Genauigkeit inspiziert werden – z. B. solche, bei denen im nachfolgenden Prozessschritt Fügeprozesse stattfinden oder eine elektrische Isolation über kleine Abstände erforderlich ist.

Die F-Camera mini zeichnet sich durch ihre kompakte Bauweise aus, die eine Integration des Messkopfs in die Linie ermöglicht. Aufgrund sehr kurzer Belichtungszeiten von wenigen Millisekunden können auch Teile in Bewegung oder Bandprozesse mit Geschwindigkeiten bis zu 1 m/s inspiziert werden. Durch Zusammenfügen der Einzelbilder ist hier auch eine lückenlose Inspektion in Bandrichtung möglich. Die optischen Komponenten des Systems sind in einem robusten Gehäuse gekapselt, das bei Bedarf durch eine zusätzliche, luftgekühlte Umhausung umschlossen werden kann. Damit ist der Betrieb des Sensors bei rauen Umgebungsbedingungen, z. B. hohen Temperaturen oder in Atmosphären mit Öl- oder Lösungsmitteldämpfen, möglich. Dies wurde bereits in harschen Einsatzumgebungen wie z. B. Klebe- und Pressprozessen bei der Holzverarbeitung gezeigt.

Technische Daten

  • Bildfeld: 18 × 14 mm2
  • Pixelauflösung: 9 μm
  • Anregungswellenlänge: 365 nm
  • Detektionswellenlängen: > 420 nm
  • Bildrate: 20 Hz
  • Belichtungszeit: typ. 1–5 ms
  • Abmessungen: Höhe 200 mm, Durchmesser 120 mm

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Andreas Hofmann

Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik IPM
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