DE10202326A1

DE10202326A1 - Method for testing the adhesion of coatings to a substrate

Info

Publication number: DE10202326A1
Application number: DE2002102326
Authority: DE
Inventors: Peter Meinlschmidt; Gerhard Pausch
Original assignee: PAUSCH MESSTECHNIK GmbH; Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: PAUSCH MESSTECHNIK GmbH; Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2002-01-23
Filing date: 2002-01-23
Publication date: 2003-11-13
Also published as: WO2003062807A3; WO2003062807A2; AU2003237649A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Prüfung der Haftung von Beschichtungen auf einem Substrat. Ein hinsichtlich der Beschichtung zerstörungsfreies Verfahren zur Erkennung von Delaminationen ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch Anwendung einer Impulsthermographie, bei der in den zu untersuchenden Bereich der Beschichtung des sich zumindest annähernd in Ruhe befindlichen Messobjektes (1) impulsartig homogen Wärme eingebracht und dieser Bereich unter Verwendung einer eine Bildwiederholrate von 50 bis > 1000 Hz aufweisenden Thermographie-Flächenkamera (2) abgebildet wird.The invention relates to a method for testing the adhesion of coatings to a substrate. A method of detecting delaminations that is non-destructive in terms of the coating is characterized according to the invention by the use of pulse thermography, in which heat is introduced in a pulsed, homogeneous manner into the area of the coating to be examined of the measurement object (1) that is at least approximately at rest, and this area using an image repetition rate from 50 to> 1000 Hz thermographic area camera (2) is shown.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Prüfung der Haftung von Beschichtungen auf einem Substrat. The invention relates to a method for testing the adhesion of coatings on a substrate.

Bei der Prüfung von Beschichtungen ist es wichtig, die Haftung zum darunter liegenden Substrat zu ermitteln. Beschichtungen in verschiedenen Kombinationen und Schichtdicken auf Metallen, Kunststoff oder Holz lösen sich nach Beanspruchung oft vom Untergrund. Diese Delamination ist die Folge chemischer Einflüsse (Bewitterung, Korrosion, Kontamination, Pilzbildung) oder mechanischer Beanspruchungen, z. B. durch Deformation. When testing coatings it is important to adhere to the liability below to determine lying substrate. Coatings in various combinations and layer thicknesses on metals, plastics or wood become detached Stress often from the underground. This delamination is the result of chemical influences (Weathering, corrosion, contamination, fungus formation) or mechanical Stresses, e.g. B. by deformation.

Zur Erkennung von Lackablösungen werden verschiedene Verfahren angewendet, denen der Nachteil gemeinsam ist, dass sie alle zerstörend auf die Oberfläche bzw. die zu überprüfende Beschichtung wirken, so dass es nicht möglich ist, z. B. die Geschwindigkeit einer fortschreitenden Ablösung an ein und demselben Prüfkörper zu beobachten. Zur Zeit werden folgende Verfahren eingesetzt:
Visuelle Beobachtung einer Lackoberfläche, wodurch unter optimalen Beleuchtungsbedingungen eine durch Korrosion angehobene Oberfläche sichtbar werden kann. Die so erkannten Delaminationsbereiche werden dann chemisch weggeätzt bzw. mechanisch aufwendig mit einem Hochdruckstrahl oder einer scharfen Klinge freigelegt, um sie dann zu fotografieren oder zu scannen. Anschließend wird die abgelöste Fläche begutachtet oder mit geeigneten Computerprogrammen berechnet. Various methods are used for the detection of paint detachments, which have the disadvantage in common that they all have a destructive effect on the surface or the coating to be checked, so that it is not possible, e.g. B. to observe the speed of progressive detachment on one and the same test specimen. The following processes are currently used:
Visual observation of a lacquer surface, whereby a surface raised by corrosion can become visible under optimal lighting conditions. The delamination areas identified in this way are then chemically etched away or mechanically exposed using a high-pressure jet or a sharp blade in order to then photograph or scan them. The detached area is then examined or calculated using suitable computer programs.

Bei dem in der DIN EN ISO 2409 genannten Gitterschnittverfahren werden nach der Bewitterung des Materials sechs bzw. elf parallele Schnitte und nochmals ebenso viele Schnitte senkrecht zu den ersten Schnitten durch den Lack bis in das darunter liegende Substrat durchgeführt. Anschließend wird ein Klebestreifen auf dem Gitternetz befestigt und danach gleichmäßig wieder abgezogen. Die dabei abgelösten Beschichtungsanteile werden bewertet und in das Verhältnis zur Gesamtfläche gesetzt. Hieraus ergibt sich dann ein Maß für die Haftung des Lacks mit dem darunter liegenden Grundmaterial. In the cross-hatch method specified in DIN EN ISO 2409 , six or eleven parallel cuts and again just as many cuts perpendicular to the first cuts are made through the lacquer into the underlying substrate after weathering the material. Then an adhesive strip is attached to the grid and then evenly removed again. The coating components detached are evaluated and set in relation to the total area. This then gives a measure of the adhesion of the paint to the underlying base material.

Bei einem anderen, ebenfalls zerstörenden Verfahren wird nach EN 311 bzw. ISO 4624 ein Metallkörper auf die zu prüfende Fläche geklebt, eine Nut darum bis in das darunter liegende Substrat gefräst und langsam senkrecht abgezogen. Die Kraft, die benötigt wird, um den Grundkörper abzureißen, gilt als Maß für die Kohäsion innerhalb des Beschichtungssystems bzw. für die Adhäsion zum Untergrund oder zwischen den Einzelschichten. In another, also destructive method, a metal body is glued to the surface to be tested in accordance with EN 311 or ISO 4624 , a groove is therefore milled into the underlying substrate and slowly pulled off vertically. The force that is required to tear off the base body is considered a measure of the cohesion within the coating system or of the adhesion to the substrate or between the individual layers.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine zerstörungsfreie Technik zur Erkennung von Delaminationen innerhalb von Anstrichsystemen und in der Grenzschicht zwischen Beschichtung und Trägermaterial zu entwickeln. The invention has for its object to provide a non-destructive technology Detection of delamination within painting systems and in the Develop the interface between the coating and the substrate.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch Anwendung einer Impulsthermographie, bei der in den zu untersuchenden Bereich der Beschichtung des sich zumindest annähernd in Ruhe befindlichen Messobjektes impulsartig homogen Wärme eingebracht und dieser Bereich unter Verwendung einer eine Bildwiederholrate von 50 bis > 1.000 Hz aufweisenden Thermographie- Flächenkamera abgebildet wird. This object is achieved by using a Impulse thermography in the area of the coating to be examined of the measurement object, which is at least approximately at rest, in a pulse-like manner homogeneously introduced heat and this area using a one Refresh rate from 50 to> 1,000 Hz thermography Area camera is mapped.

Mit diesem Verfahren kann bereits während der Einbringung des Wärmepulses eine Enthaftung zu einem Zeitpunkt erkannt werden, zu dem die bisher angewendeten Verfahren noch "blind" sind. Mit Hilfe der erfindungsgemäß eingesetzten Impulsthermographie lassen sich kontrastreiche digitale Bilder erstellen, die es ermöglichen, mit geeigneten Programmen auch eine automatische Auswertung selbst großer Versuchsserien durchzuführen. This procedure can be used during the introduction of the heat pulse a liability will be recognized at a time when the previously applied procedures are still "blind". With the help of the invention impulse thermography can be used to create high-contrast digital images that It also allows automatic programs with suitable programs Perform even large series of tests.

Das erfindungsgemäße Verfahren beruht auf der Erkenntnis, dass die in ein Messobjekt homogen eingebrachte Wärme durch Delaminationen, Korrosionen und/oder Inhomogenitäten in der Ausbreitung behindert wird, so dass sich die Wärme unterschiedlich schnell in das Material hinein ausbreitet. Mit Hilfe einer Thermographie-Flächenkamera können dann die sich nach einiger Zeit entsprechend der Wärmeleitung des Materials und der Tiefe des Defekts entwickelnden unterschiedlichen Wärmebildmuster auf der Oberfläche der überprüften Beschichtung beobachtet werden. Durch Ablösungen der überprüften Beschichtung wird das Eindringen des Wärmepulses in das Trägermaterial behindert. Die Thermographie-Flächenkamera, die über dem Messobjekt in solcher Höhe angebracht wird, dass mit der entsprechenden Optik das gesamte Untersuchungsobjekt bzw. der zu untersuchende Bereich abgebildet wird, zeichnet dann das unterschiedliche Abkühlverhalten der Oberfläche auf. In jedem der aufgezeichneten Bilder kann der Kontrast zwischen gut haftenden Oberflächen und abgelösten Oberflächen ermittelt werden. Anschließend wird dann für die nächste Messung ein neues Messobjekt unter die Kamera verfahren und in gleicher Weise untersucht. Nach dieser zerstörungsfreien Untersuchung kann dann das Material weiter beansprucht werden, um es nach einiger Zeit erneut auf ein Fortschreiten der Enthaftung zu untersuchen. The method according to the invention is based on the knowledge that the Object to be measured homogeneously introduced heat through delamination, corrosion and / or inhomogeneities in the spread is hindered, so that the Spreads heat into the material at different speeds. With the help of a Thermographic area scan camera can then turn off after some time developing according to the heat conduction of the material and the depth of the defect different thermal image patterns on the surface of the checked Coating can be observed. By peeling off the checked coating the penetration of the heat pulse in the carrier material is impeded. The Thermographic area camera, which is attached above the measurement object at such a height becomes that with the appropriate optics the entire examination object or the area to be examined is then drawn different cooling behavior of the surface. In each of the recorded images the contrast between well adhering surfaces and detached Surfaces are determined. Then one is then for the next measurement Move the new measurement object under the camera and examine it in the same way. After this non-destructive examination, the material can continue to be claimed again after some time as the progression of the To investigate liability.

Die Überprüfung des Messobjektes soll in der Regel in Ruhestellung erfolgen, da es sich meist um sehr schnell Wärme leitende Materialien handelt. Doch ist es grundsätzlich möglich, das Messobjekt während der Messung eine langsame Vorschubbewegung ausführen zu lassen. Dabei ist es zweckmäßig, wenn zur Kompensierung einer langsamen Bewegung des Messobjektes in der Software die Verrechnung der Abkühlung oder Aufwärmung pixelweise über das Messobjekt verschoben wird, wobei, bei einer Verschiebung des Messobjektes von z. B. einem Pixel zwischen jeder Aufnahme des Bildes, bei Auswertung der Bilder jeweils die Temperatur des nächsten benachbarten Pixels berechnet wird. Hierdurch wird zwar die Ortsauflösung verringert, es lassen sich jedoch auch bei langsamen Verschiebungen noch Aufnahmen durchführen. The test object should generally be checked in the rest position, because it is mostly very quickly heat conductive materials. Yes it is basically possible, the measurement object during the measurement is slow To have feed movement carried out. It is useful if for Compensation for slow movement of the measurement object in the software the calculation of cooling or warming up pixel by pixel via the Measurement object is shifted, whereby, when the measurement object is shifted from z. B. one pixel between each shot of the image when evaluating the images the temperature of the next neighboring pixel is calculated. Although this reduces the spatial resolution, it can also be used for slow shots still take pictures.

Der Moment der Erwärmung muss entweder sehr kurzfristig sein, mit einem Verschluss ausgeblendet werden, oder aber die Anregung muss in den nicht empfindlichen Bereichen der Kamerasensoren durchgeführt werden. The moment of warming must either be very short-term with one Closure can be hidden, or the suggestion must not be in the sensitive areas of the camera sensors.

Eine Möglichkeit ist somit die Verwendung eines für die Thermographie- Flächenkamera nicht sichtbaren Wärmepulses, um die Überblendung der Kamera auszuschließen. So kann bei Verwendung einer im 3-5 µm Bereich empfindlichen Thermographie-Flächenkamera der Wärmepuls durch elektromagnetische Strahlung im UV-Bereich (200 nm-500 nm) oder im langwelligen IR-Bereich (8 µm-2 µm) oder durch Mikrowellen (1 mm-30 cm) erzeugt werden. One possibility is to use a thermographic Area camera not visible heat pulse to fade the camera excluded. So when using one in the 3-5 µm range sensitive thermographic area scan the heat pulse by electromagnetic Radiation in the UV range (200 nm-500 nm) or in the long-wave IR range (8 µm-2 µm) or by microwaves (1 mm-30 cm).

Eine alternative Möglichkeit zur Vermeidung einer Überstrahlung der Thermographie-Flächenkamera besteht darin, dass die Dauer des Wärmepulses wesentlich kürzer gewählt wird als die Bildwiederholrate der verwendeten Thermographie- Flächenkamera. Bei einer Bildwiederholrate von 50 Hz sollte also der Wärmepuls bzw. die Abkühlung deutlich schneller als 20 ms, bei 1.000 Hz aber schneller als 1 ms sein. Derartige Zeiten lassen sich durch Laserblitze oder sehr schnell reagierende Blitzlampen erzielen. An alternative way to avoid overexposure to the Thermography area scan camera is that the duration of the heat pulse is essential is chosen shorter than the refresh rate of the thermography used Area camera. With a refresh rate of 50 Hz, the heat pulse should be or cooling significantly faster than 20 ms, but faster at 1,000 Hz than 1 ms. Such times can be set by laser flashes or very quickly achieve responsive flash lamps.

Eine weitere Möglichkeit zur Vermeidung einer Überstrahlung der Thermographie- Flächenkamera besteht darin, dass der Wärmepuls mit Hilfe eines schnell reagierenden, zwischen Messobjekt und Thermographie-Flächenkamera zu positionierenden Verschlusses ausgeblendet wird. Hier wird entweder ein mechanischer oder elektro-optischer Verschluss vorgesehen, der die kurzzeitige Übersteuerung der Kamera ausblendet, um so eine sofortige Aufnahme der Wärmestrahlung nach dem Öffnen des Verschlusses zu ermöglichen. Alternativ scheint denkbar, die Elektronik der Kamera so auszustatten, dass ein elektronischer Verschluss auf den Pixeln selbst durchgeführt werden kann. Another way to avoid overexposure to thermography Area scan is that the heat pulse with the help of a quick reacting between the object to be measured and the thermographic area camera positioning shutter is hidden. Here is either a mechanical or electro-optical shutter provided that the temporary override fades out of the camera in order to immediately record the heat radiation after opening the lock. Alternatively, it seems conceivable to equip the electronics of the camera in such a way that an electronic shutter opens the pixels themselves can be done.

Erfindungsgemäß ist es mittels Software ferner möglich, zur Verdeutlichung der Temperaturauflösung in dem von der Thermographie-Flächenkamera aufgenommenen Bild vor dem Einbringen des Wärmepulses von dem zu untersuchenden Bereich der Beschichtung ein Temperaturbild der Oberfläche in der Umgebungstemperatur aufzunehmen und dann als Referenzbild von den während oder nach dem Einbringen gemachten Bildserien zu substrahieren oder dividieren. According to the invention, it is also possible by means of software to clarify the Temperature resolution in that of the thermographic area camera image taken before the introduction of the heat pulse from the person to be examined Area of the coating a temperature image of the surface in the Ambient temperature and then as a reference image of the during or to subtract or divide image series after they have been inserted.

Mit einem erfindungsgemäßen Verfahren kann die Oberfläche eines Messobjektes sowohl berührungslos als auch zerstörungsfrei auf Haftungsschwächen zwischen Beschichtung und Untergrund sowie auf Haftungsschwächen zwischen verschiedenen Schichten der Lackaufträge oder Beschichtungen detektiert werden. Da das Material dabei nicht beschädigt wird, kann es nach der einmaligen Messung weiter klimatisiert und zu einem späteren Zeitpunkt erneut auf ein Fortschreiten der Enthaftung untersucht werden. With a method according to the invention, the surface of a measurement object both non-contact and non-destructive to liability weaknesses between Coating and substrate as well as weaknesses in adhesion between different layers of paint or coatings can be detected. There the material is not damaged in the process, it can after the single measurement further air-conditioned and at a later date again on progress exemption from liability.

In der Zeichnung ist eine Anlage zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch in Seitenansicht dargestellt. In the drawing is a system for performing an inventive Process shown schematically in side view.

Erkennbar sind ein hinsichtlich seiner Oberfläche zu überprüfendes Messobjekt 1, eine Thermographie-Flächenkamera 2, Blitzlampen 3 sowie ein zwischen dem Kameraobjektiv und dem Messobjekt 1 angeordneter Verschluss 4. An die Thermographie-Flächenkamera 2 ist ein IR-Monitor 5 sowie eine Trigger-Einheit 6 angeschlossen, die von einem PC 7 beaufschlagt wird und die Blitzlampen 3 sowie den Verschluss 4 steuert. An den PC 7 ist ein Monitor 8 angeschlossen. A measurement object 1 to be checked with regard to its surface, a thermographic surface camera 2 , flash lamps 3 and a shutter 4 arranged between the camera lens and the measurement object 1 can be seen . An IR monitor 5 and a trigger unit 6 , which is acted upon by a PC 7 and controls the flash lamps 3 and the shutter 4 , are connected to the thermographic surface camera 2 . A monitor 8 is connected to the PC 7 .

Claims

1. A method for checking the adhesion of coatings to a substrate, characterized by the use of pulse thermography, in which pulsed homogeneous heat is introduced into the area to be examined of the coating of the measurement object ( 1 ) which is at least approximately at rest and this area is used using a Refresh rate of 50 to> 1,000 Hz thermographic area camera ( 2 ) is imaged.

2. The method according to claim 1, characterized by the use of a heat pulse which is not visible to the thermographic surface camera ( 2 ).

3. The method according to claim 2, characterized in that when using a thermographic area camera ( 2 ) sensitive in the 3-5 µm range, the heat pulse is generated by electromagnetic radiation in the UV range or in the long-wave IR range or by microwaves.

4. The method according to claim 1, characterized in that in order to avoid overexposure of the thermographic area camera ( 2 ), the duration of the heat pulse is selected to be substantially shorter than the image refresh rate of the thermographic area camera ( 2 ) used.

5. The method according to claim 4, characterized in that laser flashes or very fast-reacting flash lamps ( 3 ) are used to achieve a short heat pulse.

6. The method according to claim 1, characterized in that in order to avoid overexposure of the thermographic surface camera ( 2 ), the heat pulse is hidden with the aid of a fast-reacting closure ( 4 ) to be positioned between the measurement object ( 1 ) and thermographic surface camera ( 2 ) ,

7. The method according to any one of the preceding claims, characterized characterized that before the introduction of the heat pulse from the to investigating area of the coating a temperature image of the surface in of the ambient temperature and then as a reference image of the series of pictures taken during or after the subtraction or divided.

8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that in order to compensate for a slow movement of the measurement object ( 1 ) in the software, the calculation of the cooling or heating is shifted pixel by pixel over the measurement object ( 1 ), wherein, when the measurement object ( 1 ) from z. B. a pixel between each recording of the image, the temperature of the next neighboring pixel is calculated when evaluating the images.