DE10246289A1

DE10246289A1 - Verfahren und Vorrichtung zur flächenhaften Messung der Abscheidung von Schichten

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Publication number: DE10246289A1
Application number: DE2002146289
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-10-02
Filing date: 2002-10-02
Publication date: 2004-04-15

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur flächenhaften Überwachung der Abscheidung von Schichten unter Produktionsbedingungen. Die Oberfläche der Mess-Vorrichtung wird in Form, Lage, Abstand und ggf. weiteren Prozessparametern vergleichbar mit dem Produktionsprozess aufgestellt. Damit stellen sich Strömungsverhältnisse zwischen Applikationseinrichtung, zum Beispiel Spritzpistole, und Messeinrichtung wie im Produktionsprozess ein. Zur Vermessung der Abscheidung der Schichten wird die Beschichtungseinrichtung für eine fest vorgegebene, geeignete Zeitspanne gestartet. Synchron hierzu wird die Bildaufzeichnung der Kamera mit geeigneter Aufzeichnungsrate gestartet. So wird die Schwärzung der Oberfläche der Testfläche durch die Abscheidung der Schicht aufgezeichnet. Entsprechend der Bildaufnahmefrequenz wird für jeden Punkt auf der Testfläche die Helligkeit aufgezeichnet. So kann an jedem Bildpunkt mit den Koordinaten x, y die exponentielle Abnahme der Helligkeit mit der Zeit t, entsprechend dem Lambert-Beerschen Gesetz, ausgewertet werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung der Abscheidung von Schichten unter Produktionsbedingungen. Dabei wird durch Auswertung der optischen Absorption der abgeschiedenen Schicht als Funktion der Zeit und des Ortes auf einer Testfläche das Abscheideverhalten einer Beschichtungseinrichtung vermessen.
Die Veredelung von Oberflächen unterschiedlichster Produkte durch Beschichtung mit funktions-sichernden oder farbgebenden Schichten definierter Qualität stellt eine wichtige Aufgabe dar. Hierbei ist die Qualität der Beschichtung durch kontinuierliche Überwachung des Beschichtungsprozesses sicher zu stellen. Das vorliegende Verfahren überwacht durch Auswertung der Absorption sichtbaren Lichtes als Funktion der Zeit und des Applikationsortes das Schichtwachstum. Die Vorrichtung ist für den Einsatz an Produktionslinien ausgelegt. So können Abweichungen vom Sollverhalten zeitnah erkannt werden.
Bisheriger Stand der Technik
In der Lackiertechnik ist es bisher üblich, das Abscheideverhalten der Lackiereinrichtung, oder speziell der Spritzpistole, durch die Anfertigung eines Spritzbildes zu prüfen. Das Spritzbild entsteht durch kurzzeitiges Aktivieren der Lackiereinrichtung unter definierten Bedingungen. Meist geschieht das in einer Labor- oder Testumgebung. Die Untersuchung des Spritzbildes erfolgt im ersten Schritt visuell. Nach Trocknung der Schicht können weitere Untersuchungen, wie zum Beispiel die Schichtdickenmessung, durchgeführt werden.
Um diese aufwändige Prozedur zu vereinfachen, werden zum Teil bereits Messeinrichtungen eingesetzt, die die räumliche Verteilung des Luftstroms zum Beispiel vor Spritzpistolen vermessen, um daraus die applizierte Schichtdicke zu errechnen. Dieses Verfahren ist jedoch nur bedingt einsatzfähig, da es auf der Annahme beruht, dass das applizierte Material gleichmäßig durch den Luftstrom getragen wird.
Bei der Herstellung dünner Schichten in Vakuum-Anlagen ist es seit längerer Zeit üblich das Schichtwachstum optisch zu überwachen und gegebenenfalls auch zu steuern. Hierbei ist eine punktuelle Abtastung in Reflexion oder Transmission üblich.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, welche eine schnelle, flächenhafte Überwachung der Abscheideeigenschaften einer Beschichtungseinrichtung unter Produktionsbedingungen ermöglicht.
Beschreibung
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass der Beschichtungseinrichtung die Oberfläche der Mess-Vorrichtung in Form, Lage, Abstand und ggf. weiteren Prozessparametern vergleichbar mit den Produktionsprozess dargeboten wird. Damit stellen sich Strömungsverhältnisse zwischen Applikationseinrichung, zum Beispiel Spritzpistole, und Messeinrichtung wie im Produktionsprozess ein.
Wie in Zeichnung 1 dargestellt, wird die Beschichtungseinrichtung (1), zum Beispiel eine Spritzpistole, über der Testfläche (2) im Arbeitsabstand positioniert. Das Test- oder Messfeld kann durch eine transparente Platte, zum Beispiel eine Glasplatte gebildet werden. Das Testfeld der Mess-Vorrichtung ist durch eine transparente Folie (3) geschützt, welche nach dem Messprozess als Verschleißteil entfernt bzw. abtransportiert wird. Als Transporteinrichtung (4) kann zum Beispiel eine Ab- bzw. Aufrolleinrichtung zum Einsatz kommen. Das Testfeld wird durch eine Kamera (5) beobachtet. Die Kamera befindet sich zum Schutz gegen Verschmutzung im inneren einer gasdichten Box (6). Das Testfeld wird durch geeignete Lichtquellen (7), welche in ausreichender Entfernung hinter der Beschichtungseinrichtung angeordnet sind, beleuchtet.
Zur Vermessung der Abscheidung der Schichten wird die Beschichtungseinrichtung für eine fest vorgegebene, geeignete Zeitspanne gestartet. Synchron hierzu wird die Bildaufzeichnung der Kamera mit geeigneter Aufzeichnungsrate gestartet. So wird die Schwärzung der Oberfläche der Testfläche durch die Abscheidung der Schicht aufgezeichnet. Entsprechend der Bildaufnahmefrequenz wird für jeden Punkt auf der Testfläche die Helligkeit aufgezeichnet. So kann an jedem Bildpunkt mit den Koordinaten x,y die exponentielle Abnahme der Helligkeit mit der Zeit t, entsprechend dem Lambert-Beerschen Gesetz, ausgewertet werden. I[x,y,t] = I0[x,y] Exp(– α r[x,y,t] t)
Die Abscheiderate als Funktion des Ortes x,y und der Zeit t ist mit r[x,y,t] bezeichnet. Ohne Kalibrierung auf die Absorption α, des applizierten Materials, kann eine relative Schichtdicke als Funktion des Ortes und der Zeit bestimmt werden. Mit Kalibrierung ist eine absolute Bestimmung der Schichtdicke als Funktion der Zeit und des Ortes möglich.
Zur Funktions- bzw. Qualitätskontrolle von Luftkappen an Spritzpistolen werden diese typischerweise 1 – 2 Sekunden ohne Bewegung im Arbeitsabstand über der Mess-Vorrichtung in Betrieb gesetzt. Der abgeschiedene Lack führt typischerweise in dieser Zeit zu einer Schwärzung des Testfeldes. Aus der Form der Helligkeitsverteilung, auch Schwärzungsbild oder Spritzbild genannt, kann sofort die korrekte Funktion der Luftkappe erkannt werden. So können Fehlfunktionen durch Alterung oder Verstopfung von Düsen prozessnah erkannt werden.

1: Beschichtungseinrichtung z. B. Spritzpistole
2: Testfläche
3: Transparente Folie
4: Transporteinrichtung
5: Bildgebendes System z.B. Kamera
6: Gasdichte Box
7: Lichtquellen
I[x,y,t]: Intensitätsverteilung als Funktion des Ortes x,y und der Zeit t
I₀[x,y]: Intensitätsverteilung zu Beginn der Beschichtung
Exp: Exponentialfunktion zur Basis e
α: Absorptionskoeffizient
r[x,y,t]: Abscheiderate als Funktion des Ortes und der Zeit
t: Zeit

Claims

Verfahren zur flächenhaften Messung des Abscheideverhaltens einer Beschichtungseinrichtung durch Messung der Transmission von Licht durch eine optisch transparente Testfläche, dadurch gekennzeichnet, dass die Testfläche durch Aktivieren der Beschichtungseinrichtung beschichtet wird und zeitgleich die Veränderung der Transmission als Funktion des Ortes und der Zeit gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Testfläche durch eine Folie geschützt ist, die als Verbrauchsmaterial nach der Messung entfernt oder abtransportiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufzeichnung der Transmission durch die Testfläche durch ein Bildgebendes System erfolgt, welches auf der Rückseite der Testfläche in einem Behälter zum Schutz vor Verschmutzung untergebracht ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die gleichmäßige Beleuchtung der Testfläche Lichtquellen zum Einsatz kommen, die in ausreichendem Abstand hinter der Beschichtungseinrichtung angebracht sind, um eine Verschmutzung zu vermeiden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die gleichmäßige Beleuchtung der Testfläche Lichtquellen zum Einsatz kommen, die Ihrerseits durch Folien oder vergleichbare Einrichtungen geschützt sind.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Beleuchtung der Testfläche bereits vorhandenes Umgebungslicht genutzt wird. Eine eventuell ungleichmäßige Beleuchtung wird mit dem ersten Bild zu Beginn der Messung aufgezeichnet. Der Messprozess wird durch Quotientenbildung mit dem ersten Bild I₀[x,y] korrigiert.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Steuerrechner Soll-Spritzbilder hinterlegt sind, ein Vergleich mit den Soll-Spritzbildern erfolgt und direkt ein Signal zur Qualifizierung der Anlage an eine übergeordnete Steuerung gesendet wird.