DE19808536A1

DE19808536A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Überwachen einer Ausgangsschichtdicke sowie Verwendung der Vorrichtung

Info

Publication number: DE19808536A1
Application number: DE1998108536
Authority: DE
Inventors: Christian Florin
Original assignee: RAMSEIER RUBIGEN AG
Current assignee: RAMSEIER RUBIGEN AG
Priority date: 1998-02-28
Filing date: 1998-02-28
Publication date: 1999-09-02
Also published as: WO1999044011A1; AU3254299A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Überwachen der Ausgangsschichtdicke nach dem Aufbringen von Kunststoffschichten auf Bauteile oder Werkstücke sowie vor dem Verdichten bzw. Fertigstellen der Schicht durch eine Wärmebehandlung. Zudem umfaßt die Erfindung Verwendun gen der Vorrichtung.

Beim Erzeugen von dichten und glatten Kunststoffbeschich tungen auf Masseteile zum Schutz gegen Korrosion oder zum Verbessern der optischen Gestaltung ist es erforderlich, in statu nascendi der Beschichtung bzw. unmittelbar nach dem elektrostatischen Aufspritzen des Kunststoffpulvers, oder dem Auftragen einer farbähnlichen Flüssigkeit, bei welcher der Kunststoff in ein Bindemittel eingebracht ist, die Schichtdicke zu messen, um eine Korrektur sowohl bei einem manuellen Arbeiten als auch beim Beschichten mit einer automatischen Anlage durchführen zu können; nur dann kann nach dem Aufschrumpfen oder Einschmelzen an dem fertigen Teil ein genauer Schichtdickenbereich gewährleistet werden.

Die bei Messungen mit üblichen Meßverfahren entstehenden Schwierigkeiten bestehen darin, daß die Messung berührungs los durchgeführt werden muß, da die Beschichtung in diesem Stadium aus einer elektrostatisch haftenden, Pulverschicht oder einer nassen farbähnlichen Lackschicht besteht, die bei der geringsten Berührung beschädigt würde. Nach dem Messen erfolgt dann eine Wärmebehandlung, an welche die Endkontrolle der Schichtdicke nach dem Wirbelstromprinzip anschließt. Es besteht die Notwendigkeit, wesentlich dickere Schichten - als an sich erforderlich - aufzubrin gen, um die Qualität der gewünschten Eigenschaften zu er reichen. Um die genaue Enddicke einer Schicht zu erzeugen und die Materialkosten so gering wie möglich zu halten, soll die Schichtdicke unmittelbar nach dem Aufsprühvorgang gemessen und ein Sprühprozeß direkt über diese Messung ge steuert werden können; bei dieser Vorgehensweise wird es möglich, Anteile des Beschichtungsmaterials einzusparen. Zur Lösung dieser Aufgabe führen die Lehren der unabhängi gen Ansprüche, die Unteransprüche geben günstige Weiterbil dungen an.

Erfindungsgemäß wird bei dem Verfahren zum Überwachen der Ausgangsschichtdicke nach dem Aufbringen von Kunststoff schichten auf Bauteile oder Werkstücke - sowie vor dem Verdichten bzw. Fertigstellen der Schicht durch eine Wärme behandlung - die feuchte oder das Bauteil oder Werkstück aufgestäubte Schicht kontaktlos mit einem Infrarot-Meßgerät gemessen, wobei letzterem eine gepulste Energiequelle zuge ordnet ist; bei umfangreichen Versuchen wurde gefunden, daß die Schichtdicke im aufgestäubten und nassen Zustand der Schicht zwischen dem Aufsprühvorgang und der anschließenden Wärmebehandlung durch ein Meßverfahren ermittelt werden kann, das mit gepulsten Infrarotstrahlen arbeitet; je nach Gegebenheiten kann der Beschichtungsvorgang über das Meßge rät gesteuert und dann die Schichtdicke automatisch korri giert werden.

Im Rahmen der Erfindung liegt es, daß beim Durchführen die ses Verfahrens über eine Energiequelle - etwa eine Licht-, Laser-, Blitzlichtquelle - ein Wärme- bzw. Lichtimpuls auf die feuchte oder aufgestäubte Fläche aufgebracht wird, welcher dann an der Oberfläche bzw. von der Fläche am Über gang zum Grundwerkstoff reflektiert wird. Die für die Schichtdickenmessung herangezogene Eindringtiefe ergibt sich aus der Frequenz des aufgebrachten Impulses, der Wel lenlänge desselben, der Wärmekapazität und dem spezifischen Gewicht des Schichtwerkstoffes.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird für dieses Verfahren ein Aufnahmesensor als Infrarot-Schichtdicken- Meßgerät eingesetzt, der/das in einem Wellenlängenbereich von 1000 bis 20000 nm - vorzugsweise 8000 bis 12000 nm - arbeitet. Die Auswertung erfolgt über einen Computer bzw. über einen in das Meßgerät eingesetzten elektronischen Chip.

Bevorzugt wird für das beschriebene Verfahren der Einsatz eines sog. Mikrobolometers zur Aufnahme der reflektierten Infrarotstrahlung. Bei den - im Zentralinstitut für Optik und Spektroskopie der Akademie der Wissenschaften der ehe maligen DDR entwickelten - Bolometern wird die Temperatur abhängigkeit des elektrischen Widerstandes genutzt; bei Ab sorption von Wärmestrahlung ändert sich der Wert eines ein gebauten Widerstandes. Die Widerstandsänderung dR_B verur sacht eine Änderung der über dem Bolometerwiderstand abfal lenden Signalspannung

du_s = I_B dR_B;

worin I_B der eingespeiste Strom ist.

Bekannt sind Schwarzschicht- und Dünnschichtbolometer, Thermistorbolometer und gekühlte Bolometer, welch letztere vor allem aus Kohlenstoff, Germanium oder Silizium beste hen.

Zum Aufbringen des Energieimpulses für die Messung haben sich Blitzlampen, Laser oder Infrarotstrahlungsquellen als günstig erwiesen.

Nach einem anderen Merkmal der Erfindung sind der Sensor bzw. die Aufnahmekamera - also auch jenes Mikrobolometer - einerseits sowie die gepulste Strahlungsquelle anderseits getrennt in verschiedenen Gehäusen angeordnet, um den Ein satz möglichst variabel halten zu können.

Jedoch liegt es auch im Rahmen der Erfindung, die Aufnahme kamera bzw. das Mikrobolometer und die gepulste Strahlungs quelle in einem gemeinsamen Gehäuse vorzusehen.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung soll das Infra rotgerät zur Schichtdickenmessung getrennt von einer die Beschichtung erzeugenden Einrichtung oder mit dieser dann automatisch oder teilautomatisch betätigbaren Einrichtung ansteuerbar ausgebildet sein.

Die Dicke der feuchten oder nassen Schicht liegt vor der Wärmebehandlung bzw. dem Einschmelzen bei 5 bis 200 µm - vorzugsweise zwischen 20 und 100 µm - und für die trocken aufgesprühte Pulverschicht bei 20 bis 180 µm, vorzugsweise 50 bis 120 µm.

Die Meßeinrichtung kann so gebaut sein, daß die Messung von Hand oder vollautomatisch durchgeführt wird. Beim hand- oder teilautomatisierten Verfahren soll das Meßgerät beim Über- oder Unterschreiten des eingestellten Meßwertes Alarm auszulösen vermögen, so daß direkt eine Korrektur durchge führt werden kann. Bei automatischen Meßeinrichtungen soll der Meßwert bevorzugt direkt über eine Rückkopplung zur Korrektur durch die Anlagensteuerung verwenden werden.

So hat es sich als günstig erwiesen, die Vorrichtung bzw. das Infrarot-Schichtdicken-Meßgerät auf einer - gegebenen falls mit einer programmierbaren Steuerung versehenen - Bewegungseinrichtung so anzuordnen, daß das zu prüfende Teil über seine gesamte Fläche mechanisch abtastbar ist. Jene mit der programmierbaren Steuerung versehene Bewe gungseinrichtung soll bevorzugt über die Steuerung des Meß gerätes oder die Steuerung des Beschichtungsautomaten ange steuert werden können.

Im übrigen ist es günstig, die Vorrichtung bzw. das Infra rot-Schichtdickenmeßgerät unmittelbar nach dem Ausgang einer Beschichtungskabine und vor der Wärmebehandlungsein richtung vorzusehen.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem nachfolgend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiel.

Beispiel

Bei der Produktion von metallenen Füßen für Gartentische sollten diese durch eine weiße Plastikschicht verschönert und gegen Korrosion durch Regenwasser geschützt werden. Um eine gute Beständigkeit zu erzielen, wurde vom Hersteller der Tische die Dicke der fertigen Beschichtung bei 80 µm ± 10 µm festgelegt. Zum Aufbringen des Kunststoffpulvers wurde ein elektrostatisches Spritzverfahren ausgewählt. Da die Schrumpfung des Kunststoffes beim Einschmelzen bzw. bei der Wärmebehandlung etwa 20% beträgt, wurde das mit Infrarotstrahlen arbeitende Meßgerät so eingestellt, daß beim Über- oder Unterschreiten von 96 µm ± 5 µm ein Alarm ausgelöst und der automatische Vorschub zur Wärmebehandlung gestoppt wird, so daß der Fehler korrigiert werden kann. Bei der zweiten Passage des Teils durch die Infrarotkon trolle konnte dann das Teil zum Weiterbehandeln einer nach folgenden Station zugeleitet werden. Bei der anschließenden Endkontrolle der fertigen Beschichtung konnte ein Mittel wert von 85 ± 5 µm gemessen werden.

Da beim Arbeiten ohne die Kontrolle nach dem Aufspritzen aus Sicherheitsgründen eine dickere Schicht hätte aufge bracht werden müssen, konnte durch die erfindungsgemäße Vorgehensweise ein größerer Anteil des Ausgangsplastikpul vers eingespart werden.

Claims

1. Verfahren zum Überwachen einer Ausgangsschichtdicke nach dem Aufbringen von Kunststoffschichten auf Bautei le oder Werkstücke sowie vor dem Verdichten bzw. Fer tigstellen der Schicht durch eine Wärmebehandlung, bei dem die feuchte oder aufgestäubte Schicht auf dem Bau teil oder Werkstück kontaktlos mit einem Infrarot-Meß gerät gemessen wird, wobei letzterem eine gepulste Energiequelle zugeordnet ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Oberfläche der auf einem Grundwerkstoff vorge sehenen feuchten oder aufgestäubten Schicht ein Wärme- oder Lichtimpuls aufgebracht und dessen Reflektierung von der Oberfläche bzw. von der Fläche am Übergang zum Grundwerkstoff ausgelöst wird, wobei die Eindringtiefe aus der Frequenz des Impulses, dessen Wellenlänge, der Wärmekapazität und dem spezifischen Gewicht des Schichtwerkstoffes ermittelt wird.

3. Vorrichtung zum Überwachen einer Ausgangsschichtdicke nach dem Aufbringen von Kunststoffschichten auf Bautei le oder Werkstücke und vor dem Verdichten bzw. Fertig stellen der Schicht durch eine Wärmebehandlung, insbe sondere zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Aufnahmesensor für einen Wellenlängenbereich von 1000 bis 20000 nm, der an eine Auswerteinrichtung angeschlossen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmekamera bzw. der Aufnahmesensor für den Wellenlängenbereich von 8000 bis 12000 nm ausgestattet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, gekennzeichnet durch ein Mikrobolometer für die Aufnahme der reflek tierenden Infrarotstrahlung.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, gekenn zeichnet durch eine Blitzlampe zum Aufbringen des Ener gieimpulses für die Messung.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, gekenn zeichnet durch einen Laser zum Aufbringen des Ener gieimpulses für die Messung.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, gekenn zeichnet durch eine Lichtquelle zum Aufbringen des Energieimpulses für die Messung.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, gekenn zeichnet durch eine Infrarotstrahlungsquelle zum Auf bringen des Energieimpulses für die Messung.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmekamera und die gepulste Strahlungsquelle getrennt in verschiedenen Gehäusen an geordnet sind.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Mikrobolometer und die gepulste Strahlungsquelle getrennt in verschiedenen Gehäusen an geordnet sind.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmekamera und die gepulste Strahlungsquelle in einem gemeinsamen Gehäuse angeord net sind.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Mikrobolometer und die gepulste Strahlungsquelle in einem gemeinsamen Gehäuse angeord net sind.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Infrarotgerät zur Schicht dickenmessung getrennt von einer die Beschichtung er zeugenden Einrichtung ansteuerbar ausgebildet ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Infrarotgerät zur Schicht dickenmessung zusammen mit einer die Beschichtung auto matisch oder teilautomatisch erzeugenden Einrichtung ansteuerbar ausgebildet ist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Infrarotgerät zur Schicht dickenmessung über die automatische Beschichtungsvor richtung ansteuerbar ausgebildet ist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Infrarot-Schichtdicken-Meßgerät auf einer Bewegungseinrichtung so angeordnet ist, daß das zu prüfende Teil über seine gesamte Fläche mecha nisch abtastbar ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Infrarot-Schichtdicken-Meßgerät auf einer mit einer programmierbaren Steuerung versehenen Bewegungs einrichtung angeordnet ist.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Infrarot-Schichtdicken-Meßgerät auf einer mit einer programmierbaren Steuerung versehe nen Bewegungseinrichtung angeordnet und diese über die Steuerung des Meßgerätes ansteuerbar ist.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Infrarot-Schichtdicken-Meßgerät auf einer mit einer programmierbaren Steuerung versehe nen Bewegungseinrichtung angeordnet und diese über die Steuerung des Beschichtungsautomaten ansteuerbar ist.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Infrarot-Schichtdicken-Meßgerät unmittelbar nach dem Ausgang einer Beschichtungskabine und vor der Wärmebehandlungseinrichtung angeordnet ist.

22. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 21 zum Prüfen von flächigen Teilen.

23. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 21 zum Prüfen von bandförmigen Teilen.

24. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 21 zum Prüfen von fertig gebogenen Bauteilen.