DE10104684A1 - Schichtdickenmeßverfahren an einem Werkstück - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Schichtdickenmeßverfahren an einem Werkstück, mit Laserstrahlung, deren Intensität nach Durchstrahlung der zu messenden Schicht gemessen wird. DOLLAR A Um ein solches Verfahren für den Einsatz in industrieller Produktion möglichst störunanfällig zu machen, wird so verfahren, daß die Laserstrahlung mit einer vorbestimmten Meßfrequenz moduliert wird, und daß von einem beschichteten Werkstück reflektiertes meßfrequentes Licht gemessen wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Schichtdickenmeßver­ fahren an einem Werkstück, mit Laserstrahlung, deren Intensi­ tät nach Durchstrahlung der zu messenden Schicht gemessen wird.

Es ist allgemein bekannt, Schichtdicken an Werkstücken zu bestimmen, indem man sie mit Licht durchstrahlt. Dabei gilt das Bouguer-Lambertsche Gesetz: D = I/I₀ = e^-kx
D: Durchlässigkeit des Mediums
I₀: eingestrahlte Intensität
I: Intensität des Strahles nach Durchlaufen der Strecke x
k: Absorptionskonstante

Es ergibt sich also ein exponentiell abfallender Verlauf der Restlichtintensität in Abhängigkeit von der Schichtdicke. Da die Absorptionskonstante einer zu vermessenden Schicht üb­ licherweise bekannt ist bzw. ermittelt werden kann, ergibt sich eine Möglichkeit, aus dem Vergleich der Intensität I₀, der Intensität der angewendeten Laserstrahlung und der Rest­ lichtintensität I gemäß obiger Beziehung die Schichtdicke zu bestimmen.

Die Intensitäten I, I₀ stehen nicht immer genügend genau zur Verfügung. Das kann vor allem auf den Bedingungen beruhen, unter denen das Schichtdickenmeßverfahren durchgeführt werden muß. Dabei ist in erster Linie an industrielle Produk­ tionsmethoden zu denken. Es treten Verschmutzungen der Atmo­ sphäre und des Werkstücks auf. Ferner ist mit Vibrationen und ähnlichen Störfaktoren zu rechnen. Letztlich muß mit Be­ triebsschutzparametern gerechnet werden, beispielsweise mit Explosionsschutzbedingungen.

Im Hinblick auf die vorgenannten Bedingungen soll ein Schichtdickenmeßverfahren mit den eingangs genannten Merkma­ len so ausgebildet werden, daß Ergebnisse des Meßverfahrens nicht in unerwünschter Weise durch industrielle Produktions­ bedingungen beeinflußt werden.

Die vorgenannte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die La­ serstrahlung mit einer vorbestimmten Meßfrequenz moduliert wird, und daß von einem beschichteten Werkstück reflektiertes meßfrequentes Licht gemessen wird.

Für die Erfindung ist von Bedeutung, daß die Schicht­ dickenmessung an einem beschichteten Werkstück durchgeführt wird. Die auszumessende Schicht absorbiert Laserstrahlung und das Werkstück reflektiert den Anteil der Laserstrahlung, der nicht absorbiert wurde. Die reflektierte Laserstrahlung durchdringt die Beschichtung erneut, gibt wiederum einen Teil ihrer Energie an die Schicht ab und wird danach gemessen. Das Meßergebnis wird zur Bestimmung der Schichtdicke herangezo­ gen. Durch Spezifizierung der Meßanordnung und der Laser­ strahlung kann dafür gesorgt werden, daß die oben beschriebe­ nen Störeinflüsse ausgeschaltet werden können. Vor allem wird dies mit Hilfe der Laserstrahlung erreicht, die mit einer vorbestimmten Meßfrequenz moduliert wird. Die Modulation kann so durchgeführt werden, daß gewisse Störeinflüsse keinen Ein­ fluß auf das Meßergebnis haben. Beispielsweise haben Vibra­ tionen des Werkstücks keinen Einfluß auf das Meßergebnis, wenn die Meßfrequenz genügend hoch vorbestimmt ist. Durch die Modulation kann auch erreicht werden, daß Teilchen gewisser Größe keinen Einfluß auf das Meßergebnis haben, beispielswei­ se Schmutzteilchen vorbestimmter Korngröße. Es ist damit mög­ lich, beim Messen eine entsprechende Verschmutzung in Kauf zu nehmen, ohne daß Meßergebnisse verfälscht werden. Das Schicht­ dickenmeßverfahren wird damit für industrielle Produktions­ überwachung geeignet.

Das Schichtdickenmeßverfahren kann zweckmäßigerweise so durchgeführt werden, daß auf Meßsignale ein Bandpaßfilter an­ gewendet wird, dessen Durchlaßfrequenz auf die Meßfrequenz abgestimmt ist. Das dazu erforderliche Bandpaßfilter ist ein herkömmliches Bauteil, das eine zuverlässige Frequenzselekti­ on ermöglicht. Mit dem Bandpaßfilter wird nur meßfrequentes Licht durchgelassen. Dadurch werden Störeinflüsse ausgeschal­ tet.

Es kann so verfahren werden, daß eine Auswertungseinheit angewendet wird, die Meßsignale mit abstimmbaren Rechenkrei­ sen von Störgrößen bereinigt. Die Auswertungseinheit kann für eine Verstärkung der Meßsignale sorgen und bereinigt diese von Störgrößen, wie sie zum Beispiel durch Schwankungen des Umgebungslichts hervorgerufen werden.

Bevorzugterweise wird so verfahren, daß die Meßfrequenz, mit der die Laserstrahlung moduliert wird, unter Berücksich­ tigung von Störfaktoren des Umgebungsbereichs des Werkstücks vorbestimmt wird. Da die Produktionsbedingungen je nach Bear­ beitung des Werkstücks unterschiedlich sein können, sollte eine jeweils angepaßte Selektion der Meßfrequenz erfolgen. Das ermöglicht eine Auswahl der dafür erforderlichen Bauteile unter Berücksichtigung ihrer Herstellungskosten. Wird die Meßfrequenz beispielsweise im Bereich einiger Kilohertz ange­ siedelt, was für den betreffenden Bearbeitungsprozeß des Werkstücks ausreichend sein mag, so kann darauf verzichtet werden, Bauteile einzusetzen, die im Hinblick auf eine höhere Meßfrequenz auch teurer in der Herstellung wären.

Um eine genauere und möglichst flächendeckende Überwa­ chung des Werkstücks zu ermöglichen, wird so verfahren, daß die Laserstrahlung mit einer Vielzahl von Laserstrahlen ange­ wendet wird, die in Abhängigkeit von der für das Werkstück erforderlichen Überwachungsdichte und/oder dessen Geometrie über das Werkstück verteilt sind. Die Vielzahl der Laser­ strahlen wird vor allem entsprechend der gewünschten bzw. er­ forderlichen Überwachungsdichte gewählt. Falls es also darauf ankommt, eine hohe Gleichmäßigkeit der Schicht zu erreichen bzw. zu überwachen, wird die Vielzahl der Laserstrahlen ent­ sprechend groß sein müssen. Wenn das Werkstück eine kompli­ zierte Geometrie bzw. Struktur aufweist, wird ebenfalls eine größere Vielzahl von Laserstrahlen angewendet werden müssen, damit die Schichtdicke auch in Bereichen unterschiedlicher Geometrie überwacht werden kann. Die erforderliche Vielzahl von Laserstrahlen kann sich auch unter dem Gesichtspunkt bei­ der Meßkriterien bestimmen lassen, nämlich sowohl der Überwa­ chungsdichte als auch der Geometrie des Werkstücks entspre­ chend.

Eine Möglichkeit zur Reduktion einer an sich notwendigen Vielzahl von Laserstrahlen bei der Messung am Werkstück kann dadurch erreicht werden, daß das Werkstück relativ zur Laser­ strahlung bewegt wird, und daß das Meßverfahrenan einer Viel­ zahl von Meßstellen durchgeführt wird, deren Meßsignale auf­ einanderfolgend erfaßt und ausgewertet werden. Danach kann ein einziger Laserstrahl eine Vielzahl von Meßstellen abta­ sten und so beispielsweise die Schichtdicke auf der Abtast­ bahn erfassen helfen. Durch lineare oder rotatorische Bewe­ gungen des Werkstücks läßt sich infolgedessen eine Vereinfa­ chung des Aufbaus der Meßvorrichtung erreichen.

Es kann vorteilhaft sein, wenn eine Vielzahl von Laser­ strahlen in fächerförmiger Anordnung angewendet wird. Damit läßt sich eine entsprechende Vielzahl von Meßstellen gleich­ zeitig überwachen. Eine solche Überwachung ist vorteilhaft, wenn die Geometrie oder das Profil des Werkstücks hierzu Ver­ anlassung geben. Insbesondere wird ermöglicht, mehrere Profi­ le gleichzeitig zu untersuchen, ohne dafür jeweils Änderungen der Meßvorrichtung vornehmen zu müssen. Eine solche Vielzahl von Laserstrahlen in fächerförmiger Anordnung kann insbeson­ dere auch angewendet werden, wenn das Werkstück relativ zur Laserstrahlung bewegt wird. Wird der Fächer über die gesamte Breite des Werkstücks eingesetzt, so läßt sich bei Relativbe­ wegung eine vollflächige Erfassung aller im Fächerbereich be­ wegten Werkstückflächen erreichen.

Eine Ausgestaltung des Verfahrens kann dahingehend er­ folgen, daß eine Mehrzahl von Detektoren an jeder Meßstelle zum Einsatz kommt, daß ein erster Detektor reflektiertes meß­ frequentes Licht zur Erzeugung eines Meßsignals erfaßt, daß ein zweiter Detektor mit deutlicher Abweichung von einem Aus­ fallwinkel des reflektierten meßfrequenten Lichts angeordnet wird, und daß eine Auswertungseinheit eine Differenzbildung eines Signals des ersten Detektors und eines Signals des zweiten Detektors durchführt. Bei diesem Verfahren wird mit dem ersten Detektor das eigentlich gewünschte Meßsignal er­ faßt, aus dem sich die Schichtdicke ableiten läßt. Der zweite Detektor registriert an der Meßstelle diffus gestreutes La­ serlicht, das in seiner Intensität in weiten Bereichen von der Schichtdicke unabhängig ist. Der zweite Detektor regi­ striert auch die Intensität des Umgebungslichts. Ändert sich diese, so kann die Intensitätsänderung mit dem zweiten Laser erfaßt werden. Eine Differenzbildung der beiden Signale er­ möglicht es, das Signal des ersten Detektors von der Störung durch das Umgebungslicht rechnerisch zu bereinigen.

Weiterhin kann so verfahren werden, daß aus den Meßsig­ nalen der Detektoren ein gemittelter Meßwert für jede Meß­ stelle gebildet wird. Ein gemittelter Meßwert für eine Meß­ stelle kann leichter erkennen lassen, ob Schichtdickenfehler vorliegen. Das kann sich beispielsweise durch Differenzbil­ dung der Meßergebnisse zum Mittelwert bestimmen lassen. Wei­ chen gleich groß sein sollende Differenzen einer bestimmten Meßstelle von einander ab, so deutet das auf einen Fehler hin, auch wenn sich ein einzelner Meßwert im üblichen Bereich bewegt. Auch Differenzen mehrerer Messungen z. B. auf einer Rotationsbahn können Hinweise auf ungleiche Schichtdicken ge­ ben.

Für die vorbeschriebenen Verfahren kann es zweckmäßig sein, daß Detektoren-Arrays für eine Vielzahl von Meßstellen oder für eine einzige Meßstelle angewendet werden. Solche Ar­ rays sind herkömmlicher Art und massenfertigungsgerecht aus­ gebildet, so daß entsprechende Vorrichtungen für eine Viel­ zahl von Schichtdickenmeßverfahren eingesetzt werden können, ohne jeweils baulich angepaßt werden zu müssen. Das ergibt einen breiten Einsatzbereich eines solchen Verfahrens.

Schichtdickenmeßverfahren der vorbeschriebenen Art könn­ en dadurch vervollständigt werden, daß eine Auswertungsein­ heit und/oder ein nachgeschalteter Rechner entsprechend einer sollgebenden Vermessung des Werkstücks und/oder sollgebenden Werkstückgrößen entsprechend vorprogrammiert ist/sind und dementsprechende Bezugsgrößen aufweist/aufweisen, mit denen die aus den Meßsignalen erhaltenen Meßergebnisse verglichen werden. Mittels einer sollgebenden Vermessung kann für ein bestimmtes beschichtetes Werkstück die jeweils zulässige Schichtdicke ermittelt werden, wenn man davon ausgeht, daß dieses Werkstück innerhalb zulässiger Grenzen beschichtet wurde. Eine weitere Vorgehensweise ist es, die Werkstückgrö­ ßen vorzugeben und dafür zulässige Schichtdicken festzulegen, so daß die Auswertungseinheit und/oder ein nachgeschalteter Rechner entsprechend programmiert werden können. In beiden Fällen stehen sollgebende Bezugsgrößen zur Verfügung, mit de­ nen die aus den Meßsignalen erhaltenen Meßergebnisse vergli­ chen werden, um so zu einer Bewertung der Beschichtung zu ge­ langen.

Es erscheint besonders vorteilhaft, das Schichtdicken­ meßverfahren in ein Herstellungsverfahren der Schicht einzu­ binden. Das kann bei einem Schichtdickenmeßverfahren dadurch erreicht werden, daß es in ein Herstellungsverfahren der Schicht des Werstücks eingebunden ist, wobei die Schichtaus­ bildung online in Abhängigkeit von Meßwerten gesteuert wird. Infolgedessen wird es vermieden, fehlerhafte Werkstücke aus­ sortieren zu müssen, weil sie zuvor nicht fehlerfrei herge­ stellt wurden. Vielmehr kann während des Herstellungsverfah­ rens erreicht werden, daß eine fehlerhafte Produktion vermie­ den wird.

Ein dem Vorstehenden entsprechender spezieller Fall ist dadurch gekennzeichnet, daß das Schichtdickenmeßverfahren an rotierenden Bremsscheiben von Kraftfahrzeugen durchgeführt wird, deren Bremsflächen mit einer Korrosionsschutzschicht sprühbeschichtet werden, indem Sprühdüsen online erfaßten Meßwerten entsprechend individuell angesteuert werden. Die für die Herstellung der Schicht benötigten Sprühdüsen können individuell angesteuert werden und damit Fehlbeschichtungen vermieden werden. Die individuelle Ansteuerung ermöglicht es insbesondere auch, unterschiedliche Schichtdicken an demsel­ ben Werkstück zu erreichen, die bespielsweise aus Schutzgrün­ den erforderlich sind. Insgesamt ergibt sich ein hohes Ein­ sparungspotential für das Beschichtungsmaterial.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Meßvorrichtung zur Bestimmung der Dicke einer Korrosionsschutz schicht an rotierten Bremsscheiben,

Fig. 1a eine schematisierte Darstellung des Einfalls und der Reflexion von Laserlicht an einer Meßstelle x für einen einzigen Laserstrahl,

Fig. 2 ein Schema zur Erfassung und Auswertung von Mit­ telwerten von Meßwerten an Meßstellen, und

Fig. 3 ein Blockschaltbild zur Erläuterung von Bauteilen, die für die Durchführung des Schichtdickenmeßver­ fahrens von Bedeutung sind.

Fig. 1 zeigt in perspektivischer Darstellung schematisch eine Bremsscheibe 19 eines Kraftfahrzeugs. In der Darstellung ist eine Bremsfläche 20 ersichtlich. Die Bremsfläche 20 wird bzw. ist mit einer Korrosionsschutzschicht 18 versehen. Die Korrosionsschutzschicht 18 dient dazu, daß ein Verrosten der Bremsfläche 20 nicht erfolgt, beispielsweise wenn das Kraft­ fahrzeug nach seiner Produktion längere Zeit unbenutzt abge­ stellt ist. Die Korrosionsschutzschicht 18 darf jedoch nicht zu dick sein, damit das Bremsverhalten nicht beeinflußt wird. Infolgedessen müssen an die Schichtdicke hohe Anforderungen in dem Sinne gestellt werden, daß ein vorgegebener, geringer Schichtdickenbereich nicht überschritten werden darf. Zu­ gleich muß aber gewährleistet sein, daß die Schicht 18 die Bremsfläche 20 vollständig schützt, wobei sie fehlerfrei aus­ gebildet sein muß, beispielsweise keine Einschlüsse aufweisen darf. Solche Einschlüsse sind beispielsweise während der Be­ schichtung oder zuvor auf Bremsfläche 20 gelangte Schmutzpar­ tikel. Darüber hinaus muß gewährleistet werden, daß ein aus konstruktiven Gründen vorgegebener Innenrand 20' ebenfalls beschichtet und fehlerfrei ist.

Aus den vorbeschriebenen Gründen wird ein Schichtdicken­ meßverfahren mit Laserstrahlung durchgeführt. Die Laserstrah­ lung wird von einem Laser 22 erzeugt, beispielsweise einem Diodenlaser der Wellenlänge 680 nm. Der im einzelnen nicht dargestellte Laser 22 erzeugt zum Beispiel mit einem Strahl­ teiler einen Laserstrahlenfächer 23, bestehend aus insgesamt sechs Laserstrahlen 14. Die Laserstrahlen 14 sind im vorlie­ genden Fall also in einer Ebene angeordnet, wovon auch abge­ wichen werden kann, beispielsweise um eine vorbestimmte Flä­ che zu erfassen. Es ergibt sich in Fig. 1 eine Meßstelle x mit entsprechend sechs Auftreffstellen 24. Die Auftreffstellen 24 sind so über die Breite der Bremsfläche 20 verteilt, daß de­ ren Querschnittsprofil erfaßt wird. Die Anzahl der Laser­ strahlen 14 und ihre Anordnung hängt von der gestellten Meß­ aufgabe ab, also davon, wie weit freie Bereiche zwischen den Auftreffstellen 24 zulässig sind, um eine vorbestimmte Wahr­ scheinlichkeit der Fehlerfreiheit nicht zu unterschreiten.

Fig. 1a zeigt eine einzige Auftreffstelle 24 der Meßstel­ le x für einen Laserstrahl 40, der unter dem Einfallswinkel α auf das Werkstück 20 auftrifft. Dabei durchdringt die Laser­ strahlung die Korrosionsschutzschicht 18 und wird vom Werk­ stück 20 refklektiert. Unter dem Ausfallwinkel α' = α ist für den Laserstrahl 14 ein Sensor 15 ¹ eines Detektors 15 angeord­ net, vergleiche Fig. 1. Die Anordnung des Sensors 15 ¹ unter dem Ausfallwinkel α' = α ist gewählt worden, weil hier die zu messende Intensität der reflektierten Laserstrahlung am größ­ ten ist. Abweichend von dem Ausfallwinkel α' = α ist ledig­ lich Streustrahlung geringerer Intensität vorhanden.

Entsprechend der Vielzahl von Laserstrahlen 14 sind Sen­ soren 15 ¹ bis 15 ⁶ vorhanden, wie Fig. 1 andeutet. Dementspre­ chend gehen von den sechs Auftreffstellen 24 sechs Strahlen reflektierten meßfrequenten Lichts 11 aus. Mit Abstand vom Detektor 15 ist ein weiterer Detektor 16 angeordnet, gemäß Fig. 1 unter einem Winkel β zur Senkrechten. Der Winkel β un­ terscheidet sich deutlich von dem Auswallwinkel α' des re­ flektierten Lichts 11. Dementsprechend wird von den Sensoren des Detektors 16 lediglich Streustrahlung gemessen, sowie diffus reflektiertes Umgebungslicht. Das eine ist in Fig. 1a gestrichelt angedeutet, das andere punktiert.

Fig. 1 zeigt die vorbeschriebene Anordnung in schemati­ scher Darstellung einer Schrägansicht einer Bremsscheibe 19, die mit einer Korrosionsschutzschicht 18 auf ihrer Bremsflä­ che 20 versehen ist. Die Detektoren 15, 16 bzw. ihre Sensoren liefern gemäß Fig. 3 Meßsignale I₁₅, I₁₆ über einen Bandpaßfil­ ter 12 an eine Auswertungseinheit 13. Der Bandpaßfilter 12 ist sinnvoll, da der Laser frequenzmodulierte Laserstrahlung erzeugt, die ausgewertet werden soll. Die Modulation erfolgt so, daß eine vorbestimmte Meßfrequenz moduliert wird. Das von der Bremsscheibe 19 bzw. deren Bremsfläche 20 reflektierte Licht 10, 11 wird also von den Detektoren bzw. ihren Sensoren bezüglich der Intensität vermessen, wobei der nachgeschaltete Bandpaßfilter 12 für eine Selektion desjenigen Lichts sorgt, welches Meßfrequenz aufweist. Dazu kann der Bandpaßfilter 12 mit den Detektoren 15, 16 zu einer Baueinheit 24 vereinigt sein.

Die Modulation der Laserstrahlung dient dazu, Störein­ flüsse auszuschalten. Störeinflüsse ergeben sich zum einen durch die Umgebung, indem das Schichtdickenmeßverfahren durchgeführt wird. Zum anderen kann die Bremsscheibe 19 Vi­ brationen unterliegen, die ebenfalls zu ungenauen Meßergeb­ nissen führen können. Das ist insbesondere dann der Fall, wenn die Bremsscheibe 19 zum Beispiel in Umfangsrichtung 25 rotierend relativbewegt wird.

Bei Rotation der Bremsscheibe 19 ergibt sich für eine vorbestimmte Auftreffstelle 24 ein exemplarischer Profilkreis 26. Die Rotation der Scheibe 19 führt entsprechend der Zahl der Auftreffstellen 24 zu insgesamt sechs Profilkreisen. Dem­ entsprechend wird die Bremsfläche 20 praktisch vollflächig überwacht, wobei ihr gesamtes Profil erfaßt wird. Auch die Beschichtung des Innenrandes 20' kann erfaßt werden. Die bei der Rotation der Scheibe 19 entstehenden Vibrationen dürfen jedoch nicht zu Verfälschungen der Meßergebnisse führen. So­ wohl die aus der Umgebung der Scheibe 16 herrührenden Stör­ faktoren, beispielsweise Verschmutzungen, wie auch aus der Rotation der Scheibe 19 herrührende Störgrößen müssen ausge­ schaltet werden. Beides kann durch Auswahl der Modulations- bzw. Meßfrequenz erreicht werden, die im beschriebenen Fall beispielsweise 10 kHz beträgt.

Zusätzlich kann die Auswertungseinheit 13 dazu beitra­ gen, daß der Einfluß von Störgrößen beseitigt wird. Bei­ spielsweise können Schwankungen des Umgebungslichts ausge­ schlossen werden. Die entsprechende Sensibilität ist ein­ stellbar. Die Einstellung der Auswertungseinheit 13 wird bei­ spielsweise durch einen in Fig. 3 dargestellten Sollgeber 27 erreicht.

Die von der Auswertungseinheit 13 zur Verfügung gestell­ ten Ausgangsgrößen liegen in analoger Form vor. Sie gelangen von der Auswertungseinheit 13 in einen Analog/Digital-Wandler 28, um von dort aus zu einem Rechner 17 zu gelangen. Der Rechner 17 gibt entweder Meßwerte, Anzeigesignale od. dgl. an seinem Ausgang 17' aus, oder er leitet Meßwerte an eine Be­ schichtungsanlage 29 weiter. Die Beschichtungsanlage 29 be­ steht beispielsweise aus drei Beschichtungseinheiten 29', die jeweils eine Sprühdüse 21 aufweisen. Drei von ihnen abgehende Sprühkegel 21' erzeugen insgesamt die Korrosionsschicht 18. Die Verbindung zwischen dem Rechner 17 und der Beschichtungs­ anlage 29 ist dabei so ausgebildet, daß jede Sprühdüse 21 einzeln angesteuert werden kann. Es ist infolgedessen mög­ lich, Einfluß auf die aufgesprühte Beschichtungsmenge zu neh­ men. Eine solche Einflußnahme kann online erfolgen. Während der Herstellung der Beschichtung kann also gemessen werden und dem Meßergebnis entsprechend wird die Beschichtung ge­ steuert. Voraussetzung hierfür ist eine entsprechend hohe Meßgeschwindigkeit.

Während der Rotation der Bremsscheibe 19 kann eine Viel­ zahl von Messungen durchgeführt werden, indem wiederholte Messungen an der Meßstelle x durchgeführt werden. Auch gleichzeitig und/oder wiederholte Messungen an weiteren Meß­ stellen sind möglich. Die Wiederholung der Messungen während der Rotation erfolgt in Abstimmung auf deren Schnelligkeit. Bei gleichmäßiger schneller Rotation, muß häufiger gemessen werden, als bei gleichmäßiger langsamer Rotation, um ein hin­ reichend dichtes Meßraster der zu überwachenden Bremsfläche zu erhalten. Durch geeignete Taktung der Meßvorgänge können die Abstände hinreichend klein sein, so daß sich ein entspre­ chend dichtes Meßstellenraster über die Bremsfläche 20 ver­ teilt ergibt. Die Sensoren 15 ¹ bis 15 ⁶ und eventuelle weitere Sensoren des Detektors 16 werden an der Meßstelle x gleich­ zeitig messen. Nach einem vorbestimmten Zeitintervall, das unter Berücksichtigung der Rotationsgeschwindigkeit bestimmt wird, erfolgt eine neue Messung mit allen Sensoren.

Die vorbeschriebene wiederholte Messung an einer Meß­ stelle x mit zwei Detektoren 15, 16 wird insbesondere dann durchgeführt, wenn mit den Sensoren 16 ¹ usw. Korrekturen der auf die Sensoren 15 ¹ usw. zurückgehenden Meßsignale I₁₅ ¹ usw. durchgeführt werden sollen. Das ist beispielsweise dann sinn­ voll, wenn Umgebungslicht Einfluß auf diese Meßsignale nimmt. Solcher Einfluß ist denkbar, weil der Sensor 15 ¹ ebenso dif­ fuses Streulicht 30 aufzunehmen vermag, wie der Sensor 16 ¹. Dieses Streulicht kann zum Beispiel von einer Streulicht­ quelle 31 herrühren, beispielsweise einer intensiven Werk­ stückbeleuchtung. Mit Hilfe des Signals des Sensors 15 ¹ kann das Meßsignal des Sensors 15 ¹ durch Differenzbildung korri­ giert werden. Hierfür ist eine Festlegung eines geeigneten Referenzpunktes der Detektoren erforderlich. In der Regel ge­ nügt jedoch die Wirkung des Bandpaßfilters 12, um Störein­ flüsse auszuschalten. Lediglich im Falle einer vergleichswei­ se hohen Intensität des Störlichts, das auch durch den Bandpaßfilter 12 gelangt, ist die beschriebene Korrektur erfor­ derlich.

Als Sensoren 15 ¹ bis 15 ⁶ können beispielsweise Halblei­ terdioden eines Linienarrays eingesetzt werden. Solche Lini­ enarrays, aber auch Flächenarrays, werden in CCD-Kameras ver­ wendet. Mit Flächenarrays können mehrere Detektoren nachge­ bildet werden, beispielsweise die Detektoren 15 und 16. Sämt­ liche Sensoren eines solchen Arrays erfassen gleichzeitig Meßwerte an einer Meßstelle x, die getaktet ausgewertet wer­ den können. Damit werden meßtechnische Voraussetzungen für eine Mittelwertbildung gemessener Intensitäten geschaffen.

Fig. 2 erläutert schematisch die rechnerische Ermittlung solcher Mittelwerte. Es werden Angaben für eine einzige Meß­ stelle x gemacht. An jeder Meßstelle x hat ein Sensor 15 Sen­ soren 15 ¹ bis 15 ⁶. Mit diesen Sensoren können an der Meßstelle Intensitäten I₁₅ ¹, I₁₅ ² bis I₁₅ ⁶ gemessen werden. Es kann eine Mittelwertbildung des Detektors 15 zu I₁₅ ⁿ erfolgen, die also den Schichtdickenmittelwert in Richtung des Radius der Brems­ scheibe 19 darstellt. An der Meßstelle x wird eine Vielzahl von Messungen durchgeführt, während sich die Bremsscheibe 19 dreht. Auf eine erste Messung folgt eine zweite Messung und beendet wird nach einer Umdrehung mit einer m. Messung. Bei dieser wird zum m.-ten Mal I₁₅ ¹ ermittelt. Aus all diesen m.- Meßwerten kann der Mittelwert m.I₁₅ ¹ gebildet werden. Dieser ergibt eine mittlere Schichtdicke auf einem Profilkreis, näm­ lich auf einem der sechs Profilkreise 26. Durch Mittelwert­ bildung aller ermittelten Meßwerte kann ein Gesamtmittelwert m.I₁₅ ⁿ gebildet werden. Das wäre der Gesamtmittelwert aller Meßstellen.

Je nach Ausbildung des Meßobjekts bzw. der Bremsscheibe 19 können die vorbeschriebenen Mittelwerte benutzt werden, um Steuerungsmaßnahmen an der Beschichtungseinheit 29 durchzu­ führen. Beispielsweise kann der Mittelwert m.I₁₅ ¹ dazu benutzt werden, um die radial außen liegenden Sprühdüsen 21 stärker zu beaufschlagen. Die Beaufschlagung muß nicht diesem Mittelwert entsprechend erfolgen, der während einer einzigen Umdrehung des Werkstücks ermittelt wurde, sondern kann auch in Abhän­ gigkeit von den Mittelwerten erfolgen, die im Verlauf mehre­ rer Umdrehungen der Bremsscheibe 19 während ihrer Beschich­ tung gewonnen wurden.

Claims (13)

1. Schichtdickenmeßverfahren an einem Werkstück, mit Laser­ strahlung, deren Intensität nach Durchstrahlung der zu messenden Schicht gemessen wird, dadurch gekennzeich­ net, daß die Laserstrahlung mit einer vorbestimmten Meß­ frequenz moduliert wird, und daß von einem beschichteten Werkstück reflektiertes meßfrequentes Licht (11) gemes­ sen wird.

2. Schichtdickenmeßverfahren nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß auf Meßsignale ein Bandpaßfilter (12) angewendet wird, dessen Durchlaßfrequenz auf die Meßfrequenz abgestimmt ist.

3. Schichtdickenmeßverfahren nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß eine Auswertungseinheit (13) angewendet wird, die Meßsignale mit abstimmbaren Rechenkreisen von Störgrößen bereinigt.

4. Schichtdickenmeßverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßfrequenz, mit der die Laserstrahlung moduliert wird, in Abhängigkeit von Störfaktoren des Umgebungsbereichs des Werkstücks vorbestimmt wird.

5. Schichtdickenmeßverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserstrahlung mit einer Vielzahl von Laserstrahlen (14) angewendet wird, die in Abhängigkeit von der für das Werkstück erforder­ lichen Überwachungsdichte und/oder dessen Geometrie über das Werkstück verteilt sind.

6. Schichtdickenmeßverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück relativ zur Laserstrahlung bewegt wird, und daß das Meßverfahren an einer Vielzahl von Meßstellen (x) durchgeführt wird, deren Meßsignale aufeinanderfolgend erfaßt und ausgewer­ tet werden.

7. Schichtdickenmeßverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von La­ serstrahlen (14) in fächerförmiger Anordnung angewendet wird.

8. Schichtdickenmeßverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von De­ tektoren (15, 16) an jeder Meßstelle (x) zum Einsatz kommt, daß ein erster Detektor (15) reflektiertes meß­ frequentes Licht (11) zur Erzeugung eines Meßsignals er­ faßt, daß ein zweiter Detektor (16) mit deutlicher Ab­ weichung von einem Ausfallwinkel (α') des reflektierten meßfrequenten Lichts (11) angeordnet wird, und daß eine Auswertungseinheit (13) eine Differenzbildung eines Sig­ nals des ersten Detektors (15) und eines Signals des zweiten Detektors (16) durchführt.

9. Schichtdickenmeßverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß aus den Meßsignalen (I₁₅ ¹. . .I₁₅ ⁶) der Detektoren (15) ein gemittelter Meßwert (m.I₁₅ ¹) für jede Meßstelle (x) gebildet wird.

10. Schichtdickenmeßverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß Detektoren-Arrays (15 ¹. . .15 ⁶) für eine Vielzahl von Meßstellen (x) oder für eine einzige Meßstelle (x) angewendet werden.

11. Schichtdickenmeßverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Auswertungsein­ heit (13) und/oder ein nachgeschalteter Rechner (17) entsprechend einer sollgebenden Vermessung des Werk­ stücks und/oder sollgebenden Werkstückgrößen entspre­ chend vorprogrammiert ist/sind und dementsprechende Be­ zugsgrößen aufweist/aufweisen, mit denen die aus den Meßsignalen erhaltenen Meßergebnisse verglichen werden.

12. Schichtdickenmeßverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß es in ein Herstel­ lungsverfahren der Schicht des Werstücks eingebunden ist, wobei die Schichtausbildung online in Abhängigkeit von Meßwerten gesteuert wird.

13. Schichtdickenmeßverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß es an rotierenden Bremsscheiben (19) von Kraftfahrzeugen durchgeführt wird, deren Bremsflächen (20) mit einer Korrosions­ schutzschicht (18) sprühbeschichtet werden, indem Sprüh­ düsen (21) online erfaßten Meßwerten entsprechend indi­ viduell angesteuert werden.