DE102014016145A1

DE102014016145A1 - Verfahren und Vorrichtung zur optischen Beurteilung einer Oberflächengüte

Info

Publication number: DE102014016145A1
Application number: DE102014016145.5A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-11-04
Filing date: 2014-11-04
Publication date: 2016-05-04

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur optischen Beurteilung der Güte einer Oberfläche insbesondere im Hinblick auf Ihre Benetzungseigenschaften. Die Adhäsions- bzw. Benetzungseigenschaften der zu prüfenden Oberfläche werden dabei durch Benetzung mit einer Prüfflüssigkeit, die in Form eines Sprühnebels im Gasstrom über die Oberfläche geführt wird, festgestellt. Die dabei entstehenden Ablagerungen in Form von Tropfen oder eines geschlossenen Flüssigkeitsfilms werden zur Beurteilung herangezogen. Bei gut benetzbaren Oberflächen bildet sich ein geschlossener Flüssigkeitsfilm aus. Auf hydrophoben Oberflächen perlt die Prüfflüssigkeit im Luftstrom ab. Das Verfahren ist insbesondere für die Inspektion ausgedehnter und strukturierter Oberflächen geeignet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur optischen Beurteilung einer Oberflächengüte mit dem Ziel, deren Eignung für die weitere Verarbeitung durch Klebe- oder Beschichtungsverfahren festzustellen. Die Adhäsions- bzw. Benetzungseigenschaften der zu prüfenden Oberfläche werden dabei durch Benetzung mit einer Prüfflüssigkeit, die in Form eines Sprühnebels im Gasstrom über die Oberfläche geführt wird festgestellt. Die dabei entstehenden Ablagerungen in Form von Tropfen oder eines geschlossenen Flüssigkeitsfilms werden zur Beurteilung herangezogen. Wie im Bild 3 zu sehen, bildet sich auf gut benetzbaren Oberflächen ein geschlossener Flüssigkeitsfilm aus. Auf hydrophoben Oberflächen perlt die Prüfflüssigkeit im Luftstrom ab. So treten nicht ausreichend benetzbare Oberfläche klar sichtbar hervor.
Bisheriger Stand der Technik
Zur Beurteilung der Benetzungseigenschaften einer Oberfläche ist die Kontaktwinkelmessung an abgelegten Flüssigkeitstropfen mit definiertem Volumen weit verbreitet. Diese Verfahren sind aus US 5,756,885 , WO 03/073045 A1 und JP 52-32009 bekannt. Wesentlicher Nachteil der Kontaktwinkelmessung ist, dass die Messung nur punktweise mit relativ hohem Zeitaufwand erfolgen kann.
Diesen Nachteil überwindet das in WO 2006/131568 A1 offenbarte Verfahren, indem es die Korrelation zwischen Tropfendurchmesser und Tropfenvolumen und einer statistischen Verteilung im Sprühnebel zugrunde legt. Dieses sogenannte Aerosol-Wetting-Verfahren funktioniert auf glatten, ausgedehnten Oberflächen bei sorgfältiger Kalibrierung mit Referenzoberflächen. Bei strukturierten und rauhen Oberflächen versagt dieses Verfahren. Insbesondere bei Oberflächenstrukturen in der Größenordnung der Tröpfchengrößenverteilung sind diese nicht mehr sinnvoll auswertbar.
Oberflächen bzw. Bauteile, die mit einer Testflüssigkeit überströmt werden können, können mit dem Water-Break Test, wie er zum Beispiel in der ASTM F22 beschrieben ist, geprüft werden. Die vorliegende Erfindung füllt die Lücke zwischen Aerosol-Wetting Test und Water-Break Test, insbesondere für ausgedehnte Bauteile mit strukturierter Oberfläche.
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung stellt die Lösung für die Aufgabe dar, ausgedehnte Oberflächen relativ schnell mit einer überschaubaren Menge Prüfflüssigkeit zu benetzen und damit zu beurteilen. Dafür kommt ein Zerstäuber mit Gasunterstützung, wie er zum Beispiel auch in der Lackiertechnik genutzt wird, zum Einsatz. Der so erzeugte Nebel aus Prüfflüssigkeit wird durch den Gasstrom über die Bauteiloberfläche getrieben, was zur Anreicherung auf hydrophilen Oberflächen und zur Verarmung auf hydrophoben Oberflächen führt. Dadurch treten Abweichungen in der Oberflächengüte verstärkt sichtbar hervor.
Insbesondere bei strukturierten Oberflächen, wie zum Beispiel Peel-Ply Oberflächen, wird dadurch die Beurteilung der Oberflächengüte möglich. Bisherige Prüfmethoden, wie das Aerosol-Wetting oder die Kontaktwinkelmessung sind auf Peel-Ply Oberflächen nicht erfolgreich, da sich die Einzeltropfen in die Oberflächenstruktur legen und damit eine Auswertung unmöglich machen.
Das Bild 1 zeigt eine Peel-Ply Oberfläche, die nicht ausreichend mit Prüfflüssigkeit benetzt wurde. Es ist zu sehen, dass keine Einzeltropfen vor dem Hintergrund der Oberflächenstruktur auswertbar sind. Bei hydrophilen Oberflächen fließt die Prüfflüssigkeit gar in die Oberflächenstruktur. Jegliche Tropfengrößenanalyse wird stark durch die Oberflächenstruktur verfälscht. In Bild 2 ist dieselbe Probe zu sehen, nun jedoch mit einer geeigneten Menge Prüfflüssigkeit, appliziert im Sprühnebel mit Gasunterstützung, prepariert. Die bei der Oberflächenbehandlung durch Maskierung eingebrachte Fehlstelle wird klar sichtbar.
Das so bereitgestellte Prüfverfahren reagiert relativ unempfindlich auf die Variation der Betriebsparameter wie Menge der Prüfflüssigkeit, Prüfgeschwindigkeit und Luftstrom. In Bild 3 ist die Probe aus Bild 2 nun aber mit wesentlich mehr applizierter Prüfflüssigkeit zu sehen.
Die Vorrichtung besteht erfindungsgemäß aus einem Zerstäuber mit Gasunterstützung, zum Beispiel einem Rotationszerstäuber wie er in der Automobillackierung eingesetzt wird, einer Beleuchtungseinheit und einer Kameraeinheit zur Erfassung der Benetzung mit Prüfflüssigkeit auf der Oberfläche. Die so gebildete Vorrichtung kann wahlweise noch mit einer Vorrichtung zur Rücktrocknung der Oberfläche ergänzt werden.
Die Vorrichtung kann auf ein Robotersystem montiert werden um ausgedehnte Prüfteile scannend zu beurteilen. Alternativ ist die feste Montage der Vorrichtung möglich, wobei dann die zu prüfende Oberfläche unter der Vorrichtung vorbei bewegt werden kann.
Der Vorrichtung nachgeschaltet sind Einrichtungen zur wahlweise visuellen oder maschinellen Beurteilung der Oberflächengüte. Die maschinelle Beurteilung der Oberflächengüte erfolgt durch geeignete Bildauswertealgorithmen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 5756885 [0002]
WO 03/073045 A1 [0002]
JP 52-32009 [0002]
WO 2006/131568 A1 [0003]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

ASTM F22 [0004]

Claims

Verfahren und Vorrichtung zur Beurteilung der Oberflächengüte basierend auf folgenden Schritten: a) Erzeugung eines Sprühnebels einer Prüfflüssigkeit im Gasstrom b) Dieser Sprühnebel-Luftstrom wird über die zu prüfende Oberfläche geleitet, was zur Ablagerung von Prüfflüssigkeit auf der Oberfläche führt. c) Diese Ablagerung kann wahlweise in Form von Tropfen, einem geschlossenen Film oder von Reaktionen auf der Oberfläche sichtbar werden. d) Die Inspektion der Art der Ablagerung und deren Ausprägung gibt Aufschluss über den Zustand der Oberfläche und ermöglicht deren Beurteilung.
Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Inspektion der Oberfläche mit Hilfe von geeigneter Kameratechnik mit nachgeschalteter Bildauswertung stattfindet.
Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsparameter der Vorrichtung so gewählt werden, dass eine gute Oberflächengüte von einer schlechten Oberflächengüte dadurch unterscheidbar wird, dass ein Übergang zwischen Tropfenbildung und der Ausbildung eines geschlossenen Filmes der Prüfflüssigkeit auf der Oberfläche zu sehen ist.
Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mit einer Beleuchtungseinheit und einer Kameraeinheit so ausgestattet ist, dass Tropfen und/oder ein geschlossener Flüssigkeitsfilm auf der Oberfläche unabhängig von deren Rauigkeit erkannt werden.
Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftstrom so eingestellt ist, dass Tropfen auf eher hydrophob eingestellten Oberflächen im Luftstrom abperlen und/oder Tropfen auf eher hydrophil eingestellten Oberflächen zu einem geschlossenen Film akkumulieren.