Strukturierte Oberflächen zuverlässig messen

Dank eines berührungslosen Messverfahren kann die Schichtdicke nun auch im Lochbereich eines Lochblechs bestimmt werden.
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In der industriellen Backproduktion werden hauptsächlich Lochbleche aus Aluminium eingesetzt. Die Lochung ermöglicht eine kontinuierliche Belüftung der Backwaren. Feuchtigkeit, die entsteht wenn Backwaren erhitzt werden, kann durch die Löcher entweichen. Das Resultat: Die Backwaren sind kross. Des Weiteren wird die Lochung benötigt, um den zum Aufheizen benötigten Energieeintrag zu minimieren. Ein ungelochtes Blech benötigt mehr Energie, um die Zieltemperatur zu erreichen als ein gelochtes Blech. Heute ist es in diesem Industriesegment üblich, dass die Schichtdicken am ungelochten Rand des Lochblechs gemessen werden, da eine zuverlässige und schnelle Messung im Lochbereich bislang nicht möglich war. ILAG, ein führender Hersteller von Antihaft-Beschichtungen für Konsumgüteranwendungen wie Kochgeschirr, Backwaren und elektrische Kleingeräte beauftragte daher eine Hochschule, verschiedene Schichtdickenmessverfahren auf ihre Tauglichkeit zur Messung auf strukturierten Aluminiumblech-Oberfläche zu untersuchen. Diese Aluminiumbleche wurden von ILAG mit einem 2-Schichtsystem beschichtet. Für die Messung der Schichtdicken verwendete die Hochschule verschiedene Verfahren: kontaktierende Wirbelstrom-Messung (nur in ungelochten Bereichen einsetzbar), zerstörende Messung mit 3D-Mikroskop und berührungslose Messung mit der Advanced-Thermal-Optics(ATO)-Technologie von coatmaster. Die Kalibrierung des Wirbelstrom- und des ATO-Verfahrens erfolgte auf der ungelochten Oberfläche. Mit dem berührungslosen Verfahren wurde zusätzlich zu den Messungen am Rand auch Messungen im gelochten Bereich durchgeführt. Zum Vergleich wurde mit einem 3D- Mikroskop die Schichtdicke in beiden Bereichen gemessen. Im Randbereich stimmten die Ergebnisse aller drei getesteten Verfahren gut überein. Im gelochten Bereich zeigte der Vergleich, dass die berührungslose Messung auch auf dem Lochbereich mit der mikroskopischen Messung übereinstimmt.

Thermische Schichtprüfung in unter einer Sekunde

Das Messgerät von coatmaster misst die Schichtdicke mittels thermischer Schichtprüfung innerhalb einer Zehntelsekunde. Die Standardabweichung der Messung liegt dabei unter 0,25 µm, im Gegensatz zur Mikroskop-Messung, bei der die Standardabweichung bis 2,5 µm reichen kann, abhängig vom verwendeten Mikroskop-Typ. Das Verfahren bietet somit im Vergleich zur Messung mit Mikroskop erstmals eine Möglichkeit, die Schichtdicke im Lochbereich zerstörungsfrei und berührungslos zu messen – mit einer deutlich höheren Genauigkeit als die zerstörende Messung. Die Laborergebnisse zeigen, dass die Schichtdicken im gelochten Bereich um über 50 Prozent höher sind als am Blechrand. Wird die Messung nur am Rand durchgeführt, ergeben sich in der Praxis manchmal zu hohe Schichtdicken im Lochbereich. Wenn die Schichtdicke die Spezifikation übersteigt, kann es zu ungewollten Effekten wie Rissbildung kommen. Risse können eine beschleunigte Korrosion oder im schlechtesten Falle eine unzureichende Barriere gegenüber Migration aus dem Substrat zur Folge haben. Beides wirkt sich negativ auf die Standzeit der Bleche aus. Die Konsequenz: Es muss schneller nachbeschichtet werden und die Kosten steigen.
Mit dem coatmaster-System sowie geeigneter Datenaufbereitung und Bereitstellung, können Prozessabweichungen frühzeitig erkannt und automatisch – ohne den Einsatz von Überwachungspersonal – korrigiert werden. Das spart nicht nur Produktionszeit und Personalkosten, sondern stellt auch die geforderte Qualität sicher, da sich der Beschichtungsprozess für alle Teile lückenlos dokumentieren lässt.

Der komplette Beitrag ist in der April-Ausgabe von JOT erschienen.

Autor(en): Andor Bariska, Coatmaster und Florian Pick, Industrielack

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