WO2014118154A1 - Prüfverfahren und prüfvorrichtung für oberflächen - Google Patents

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WO2014118154A1
WO2014118154A1 PCT/EP2014/051588 EP2014051588W WO2014118154A1 WO 2014118154 A1 WO2014118154 A1 WO 2014118154A1 EP 2014051588 W EP2014051588 W EP 2014051588W WO 2014118154 A1 WO2014118154 A1 WO 2014118154A1
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WO
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test
coating
test surface
properties
fluorescence
Prior art date
Application number
PCT/EP2014/051588
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English (en)
French (fr)
Inventor
Florian Furtmayr
Edgar Melzner
Original Assignee
Balluff Gmbh
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64Fluorescence; Phosphorescence

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for checking surfaces, in particular a method and a device for checking surfaces on the basis of their luminescence properties.
  • Examples include viewing windows or visors of motorcycle helmets, shower cubicles, cover glasses of headlights, Uhrg glasses, trim panels, or even windows of fireplaces or stoves.
  • Another important problem of these coated workpieces is the difficulty of determining whether a coating fully covers the surfaces. constantly covered. This means that the surface must be checked at each point, so that it can be scanned, not only at a hidden point, which is no longer visible after the test. In addition, it is often necessary to check whether the coating of the workpiece has the required thickness at each point in order to have the necessary properties. Thus, a coating usually needs a certain layer thickness to the refractory, scratch-resistant, stain-resistant, lime, acid, heat or cold-resistant
  • the present invention is therefore based on the object to provide a method and an apparatus for testing a surface, which in particular can check invisible coatings on different workpieces, overcomes the above-mentioned disadvantages, inexpensive to manufacture and is universally applicable.
  • a method of inspecting the surface of a test area According to a first aspect of the present invention, there is provided a method of inspecting the surface of a test area.
  • Plastic injection molded parts such as polymethyl methacrylate (PMMA), acrylic glass, polycarbonate (PC), acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer (ABS) or even glass can be seen as an example of a test surface.
  • PMMA polymethyl methacrylate
  • PC polycarbonate
  • ABS acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer
  • various other materials may be used. These may or may not be transparent.
  • the test area can be completely, partially or not at all provided with a coating or sealing.
  • the test area can be either completely or partially transparent or even completely opaque.
  • the test surface is irradiated with electromagnetic waves.
  • electromagnetic waves with specific wavelengths can be used, as well as electromagnetic waves, which have a broad energy spectrum.
  • the test area is then scanned at least in a partial area.
  • This scanning can be done after irradiation with the electromagnetic waves or simultaneously with the irradiation with the electromagnetic waves.
  • the scanning includes all possible visual, optical, electrical, electronic or electromagnetic investigation methods. For example, transmission or reflection measurements can be used here.
  • the scanning results of the irradiated test area are then used to determine the surface properties.
  • the luminescence effects of the surface are exploited.
  • phosphorescence effects can be detected during or after the irradiation.
  • Most effects occur directly under the irradiation of electromagnetic waves, such as fluorescence.
  • Fluorescence can therefore only be observed at uncoated sites. Therefore, it can be determined from the scanning results, for example, whether the surface of the test surface is coated or sealed.
  • the method according to the invention therefore utilizes an effect which is always supposed to be suppressed.
  • the irradiated test surface can deliver certain scanning results, for example a measurable fluorescence, and any deviation thereof produces a negative result. It is also possible to document the deviation of the scanning results of the irradiated test surface from previously specified desired results and to deduce therefrom, for example, the quality of the surface coating of the test surface.
  • the electromagnetic waves will have certain wavelengths. This has the advantage that the examination provides exactly predictable results.
  • the wavelengths can be varied depending on the test surface used, coating or sealing or task. For example, for PMMA wavelengths in the range of 250 nm to 380 nm as excitation wavelength and 400 nm to 490 nm as detection be used length. However, it was also possible to observe wavelengths in the entire visible range.
  • the test area is at least partially coated.
  • the coating of the test area may be opaque to the wavelengths of the electromagnetic waves with which it is irradiated.
  • the method according to the invention then makes use of the fact that the coating or lacquer blocks wavelengths in a certain frequency range, such as UV light.
  • the lacquer may be transparent to wavelengths greater than 390 nm, but for wavelengths in the range of 390 nm to about 320 nm, the absorption may increase.
  • the coating or the varnish is practically completely opaque even with a small layer thickness (technically relevant layer thicknesses are smaller than 100 ⁇ m). This means that different measuring ranges for different layer thicknesses can be set with different wavelength ranges of the electromagnetic waves.
  • the method according to the invention in the present embodiment can only be used if the plastic used or the carrier material of the coating or the lacquer shows luminescence effects, such as fluorescence.
  • luminescence effects such as fluorescence.
  • the frequently used plastic PMMA, as well as other conventional transparent suitable for injection molding plastics show fluorescence.
  • the test piece When illuminated with UV light of suitable wavelength, the test piece z. B. visibly bluish.
  • the coating or paint blocks UV Light. Fluorescence can therefore only be observed at uncoated sites.
  • the illumination should take place from the coated side.
  • the observation of the fluorescence can then be done either from the same side, or can also be scanned in transmission, if the test part is transparent.
  • the layer thickness of the coating of the test area is preferably determined on the basis of the changes in the fluorescence properties of the at least partially coated test area. In this case, for example, it can be examined whether the necessary layer thickness of the coating is present in order to obtain the desired properties of the coating, such as scratch resistance, lime resistance,
  • the possibility of measuring the layer thickness is generally particularly interesting, since certain minimum layer thicknesses are required, from which the coating or the lacquer its function, ie. For example, scratch resistance is met. For example, a thickness below 10 pm or, depending on the application, below 30 pm may count as an error.
  • an apparatus for inspecting the surface of a test surface is provided.
  • the test area may be completely, partially or not coated at all.
  • the device comprises illumination means for irradiating the test surface, so that the test surface can be at least partially irradiated.
  • the means should be suitable for emitting at least individual wavelengths or smaller or larger wavelength ranges. Examples include lasers, UV LEDs, mercury vapor lamps, xenon gas discharge lamps with suitable optical filters that allow only desired wavelengths, etc.
  • the device according to the invention comprises at least one scanning element for scanning the test surface.
  • This can be for example a normal digital camera with a standard lens without a filter.
  • filters eg notch filter, bandpass filter
  • Another possibility is an optical test setup.
  • a light beam passing through the irradiated test area or a reflected light beam is measured with a sensor.
  • electrical, electronic or electromagnetic investigation methods can be used. Examples include reflectance or transmission measurements.
  • the device according to the invention comprises at least one unit for determining the surface properties of the test surface on the basis of
  • Luminescence effects of the irradiated test surface a control unit provided with suitable software, such as a computer, can be used.
  • the at least one unit is suitable for determining the surface properties, the surface properties are determined on the basis of the changes. ments of the fluorescence properties of an at least partially coated test area.
  • test area areas on the test area, which are not coated, having a fluorescence.
  • areas that are coated can absorb the light and thus have no fluorescence.
  • the at least one unit for determining the surface properties is preferably suitable for determining the layer thickness of the coating of the test surface based on the changes in the fluorescence properties of the at least partially coated test surface.
  • a wavelength in the transition region between the absorption and transmission regions should be selected in which the coating is still partially transmitted.
  • Ultraviolet LEDs in this wavelength range are commercially available in a finely graded assortment of different wavelengths at reasonable prices.
  • the at least one scanning element is an optical measuring system.
  • an optical experimental setup is suitable.
  • a laser beam or an LED is irradiated onto or through the irradiated test surface by a light source.
  • the beam passing through the irradiated test surface or the reflected beam can be measured with a sensor or receiver.
  • Examples include CCD line scan cameras, CCD cameras or photodiodes.
  • the inventive method and the device according to the invention are universally applicable and can be used, for example, in mass production. They are non-destructive and do not change the surface. They also offer the possibility to check and scan an entire surface and thus to detect individual defects. But they can also be used at one and the same time.
  • Fig. 1 an embodiment of the method according to the invention.
  • Fig. 1 shows the schematic representation of an arrangement which can perform the individual steps of the method according to the invention.
  • test surface 10 which is coated with the layer 30, placed on a suitable table or a conveyor belt 20.
  • This table or even the conveyor belt 20 should be suitable for that the individual steps of the method according to the invention can be performed.
  • the layer 30 may be a coating or a seal of the test surface 10, such as a paint.
  • the layer 30 has a certain layer thickness, which steadily decreases at the point 34 and is no longer present at the point 36.
  • the inventive method only works if the material used for the test surface such as a plastic, fluorescence shows. However, experience has shown that most of the test surfaces made from highly transparent PMMA and PC show fluorescence, with differences in the intensity and color of the fluorescence observed.
  • the coated test surface 10 is irradiated over the entire width with electromagnetic waves from a source 40.
  • a source 40 As an example, in the present embodiment uses a mercury vapor lamp. However, any other source of electromagnetic radiation can be used.
  • the wavelength of the electromagnetic wave source 40 to cause fluorescence in the material of the test surface 10, such as various plastics (PMMA, PC) or glass, whereas the electromagnetic waves from the coating Lack 30 are absorbed and cause no fluorescence effect. It has been shown that the fluorescence effect of the layer thickness of
  • Coating 30 on the test surface 10 depends.
  • the strength of the absorption of the UV light by the coating 30 is thus a function of the layer thickness.
  • the intensity of the transmitted UV light decreases exponentially with the layer thickness.
  • the layer thickness can be determined via the intensity of the fluorescence.
  • test area 10 has a maximum of fluorescence at the point 36 where no coating is present. At the point 34 at which the layer thickness of the coating 30 slowly increases again, a decrease in the fluorescence will be recognizable.
  • a simple digital camera 50 can be used, which receives a receptacle of the irradiated test part 10.
  • the recording at the region 36 will have a clear fluorescence
  • the coating 30 in the region 38 will completely absorb the electromagnetic radiation so that no fluorescence will occur.
  • the fluorescence will decrease continuously.
  • the coating 30 has a step, that is, the transition from a non-coated test area to a test area with a coating is very sharp
  • the digital camera 50 will also show an abrupt transition between both areas.
  • the irradiated test area 10 can also be read out with a spectrometer.
  • the scanning element such as the digital camera 50, however, can also be mounted under the table 20 or the conveyor belt in a transparent test surface 10 and scan therefrom the irradiated, coated test surface 10. It is important in the present invention only that the electromagnetic source, such as the mercury vapor lamp 40 is located on the same side of the test surface 10 on which the coating 30 is attached.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Überprüfen der Oberfläche einer Prüffläche. Das Verfahren umfasst die Schritte Bestrahlen der Prüffläche mit elektromagnetischen Wellen, Abtasten zumindest eines Teilbereichs der Prüffläche und Ermitteln der Oberflächeneigenschaften der Prüffläche anhand der Lumineszenz-Effekte der bestrahlten Prüffläche. Die Vorrichtung umfasst Beleuchtungsmittel zum Bestrahlen der Prüffläche, mindestens ein Abtastelement zum Abtasten der Prüffläche und mindestens eine Einheit zum Ermitteln der Oberflächeneigenschaften der Prüffläche anhand der Lumineszenz-Effekte der bestrahlten Prüffläche.

Description

Prüfverfahren und Prüfvorrichtung für Oberflächen
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Überprüfen von Oberflächen, insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Überprüfen von Oberflächen anhand ihrer Lumineszenz-Eigenschaften.
Heutzutage werden an viele Oberflächen sehr hohe Anforderungen gestellt. Die Gründe dafür sind vielfältig, beispielsweise sollen verschiedene Oberflächen je nach Einsatzgebiet feuerfest, hitzebeständig, chemisch resistent, kältebeständig, schmutzabweisend, kalkresistent oder auch kratzfest sein.
Beispiele hierfür sind Sichtfenster bzw. Visiere von Motorradhelmen, Duschkabinen, Deckgläser von Scheinwerfern, Uhrg läser, Zierblenden, Verkleidungen oder auch Sichtfenster von Kaminen oder Öfen.
Um dies zu erreichen, werden viele Oberflächen industriell versiegelt oder auch beschichtet. Dabei ist es oftmals insbesondere wünschenswert, dass sich die visuellen oder auch taktilen Oberflächeneigenschaften nicht ändern . Gerade bei durchsichtigen Oberflächen wird daher viel Aufwand betrieben, damit die Beschichtung bzw. die Versiegelung nicht erkennbar ist. Die sich ständig verbessernden Beschichtungstechniken bzw. Versiegelungstechniken werfen allerdings das Problem auf, dass unbehandelte bzw. unbeschichtete Werkstücke sehr schwierig von behandelten Werkstücken zu unterscheiden sind . Insbesondere natürlich deshalb, da die beschichteten Werkstücke durch die Prüfung nicht beschädigt werden dürfen .
Ein weiteres wichtiges Problem dieser beschichteten Werkstücke ist die Schwierig keit festzustellen, ob eine Beschichtung die Oberflächen voll- ständig bedeckt. Das bedeutet die Oberfläche muss an jeder Stelle überprüft, a lso abgescannt werden, nicht nur an einer verdeckten Stelle, die nach der Prüfung nicht mehr zu erkennen ist. Außerdem ist es oftma ls notwendig zu überprüfen, ob die Beschichtung des Werkstücks an jeder Stelle die nötige Dicke aufweist, um die notwendigen Eigenschaften zu besitzen . So braucht eine Beschichtung meistens eine gewisse Schichtdicke, um die feuerfeste, kratzfeste, schmutzabweisende, Kalk-, Säure-, Hitze- oder Kälte-beständigen
Eigenschaften aufzuweisen .
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Prüfen einer Oberfläche bereitzustellen, welche insbesondere unsichtbare Beschichtungen auf verschiedenen Werkstücken überprüfen kann, die oben genannten Nachteile überwindet, kostengünstig herzustellen und universell einsetzbar ist.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und eine Vorrichtung gemäß Anspruch 7 gelöst.
Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstände der Unteransprüche.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Überprüfen der Oberfläche einer Prüffläche bereitgestellt.
Als ein Beispiel für eine Prüffläche können Kunststoff-Spritzgussteilen wie Polymethylmethacrylat (PMMA), Acrylglas, Polycarbonate (PC), Acrylnitril- Butadien-Styrol- Copolymerisat (ABS) oder auch Glas gesehen werden. Es können jedoch auch verschiedene andere Materialien verwendet werden. Diese können, müssen jedoch nicht durchsichtig sein. Dabei kann die Prüffläche vollständig, teilweise oder gar nicht mit einer Be- schichtung bzw. Versiegelung versehen sein. Auch kann die Prüffläche sowohl ganz als auch teilweise transparent oder auch vollständig undurchsichtig sein. Zunächst wird die Prüffläche mit elektromagnetischen Wellen bestrahlt. Dabei können elektromagnetische Wellen mit bestimmten Wellenlängen verwendet werden, als auch elektromagnetische Wellen, die ein breites Energiespektrum aufweisen. Die Prüffläche wird dann zumindest in einem Teilbereich abgetastet. Diese Abtastung kann nach der Bestrahlung mit den elektromagnetischen Wellen oder auch gleichzeitig mit der Bestrahlung mit den elektromagnetischen Wellen erfolgen. Dabei umfasst das Abtasten alle möglichen visuellen, optischen, elektrischen, elektronischen oder elektromagnetischen Untersuchungsmethoden. Beispielsweise Transmissions- oder Reflexionsmessungen können hier verwendet werden. Die Abtastergebnisse der bestrahlten Prüffläche werden dann zum Ermitteln der Oberflächeneigenschaften herangezogen. Dabei werden die Lumineszenz- Effekte der Oberfläche ausgenützt. So können beispielsweise Phosphoreszenz- Effekte während oder auch nach der Bestrahlung festgestellt werden. Erfahrungsgemäß wird man jedoch die Methode bevorzugen, bei der die Prüffläche während der Bestrahlung abgetastet wird. Die meisten Effekte treten direkt unter der Bestrahlung mit den elektromagnetischen Wellen auf, wie etwa die Fluoreszenz.
Es ist durch Anwendungen aus der Biochemie bekannt, dass viele Kunststoffe Fluoreszenz zeigen. Dort ist dies ein Störeffekt, da die Fluoreszenz der zu detektierenden Stoffe durch die Fluoreszenz des Kunststoffgefäßes überlagert wird. Der häufig verwendete Kunststoff PMMA zeigt Fluoreszenz - wie auch andere übliche transparente für Spritzguss geeignete Kunststoffe. Bei Be- leuchtung mit UV-Licht geeigneter Wellenlänge leuchtet das Werkstück beispielsweise sichtbar bläulich. Die Beschichtung dagegen sperrt UV-Licht.
Fluoreszenz kann deshalb nur an unbeschichteten Stellen beobachtet werden. Daher kann beispielsweise anhand der Abtastergebnisse festgestellt werden, ob die Oberfläche der Prüffläche beschichtet bzw. versiegelt ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren nützt daher einen Effekt aus, der eigentlich immer unterdrückt werden soll .
Zusätzlich dazu kann beispielsweise auch überprüft werden, ob die Beschichtung bzw. Versiegelung vollständig über die Prüffläche verteilt ist, oder eben genau an diesen Stellen aufgebracht ist, die mit der Beschichtung versehen werden sollen.
Auch ist es möglich festzustellen, ob die nötige Schichtdicke der Beschichtung vorhanden ist, um die gewünschten Eigenschaften der Beschichtung wie Kratzfestigkeit, Kalkresistenz, Schmutzabweisung, Feuer-, Hitze- oder Kälte- Beständigkeit usw. aufzuweisen.
Dabei kann die bestrahlte Prüffläche bestimmte Abtastergebnisse, beispielsweise eine messbare Fluoreszenz, liefern und jegliche Abweichung davon ein negatives Ergebnis produzieren. Auch ist es möglich, die Abweichung der Abtastergebnisse der bestrahlten Prüffläche von vorher festgelegten Soll- ergebnissen zu dokumentieren und daraus beispielsweise auf die Güte der Oberflächenbeschichtung der Prüffläche zu schließen.
Vorzugsweise werden die elektromagnetischen Wellen bestimmte Wellenlängen aufweisen . Dies hat den Vorteil, dass die Untersuchung genau vorher- sagbare Ergebnisse liefert. Die Wellenlängen können je nach verwendeter Prüffläche, Beschichtung oder Versiegelung bzw. Aufgabenstellung variiert werden. Beispielsweise können für PMMA Wellenlängen im Bereich von 250 nm bis 380 nm als Anregungswellenlänge und 400 nm bis 490 nm als Detektions- weilenlänge verwendet werden. Es konnten jedoch auch Wellenlängen im gesamten sichtbaren Bereich beobachtet werden.
Vorzugsweise ist die Prüffläche zumindest teilweise beschichtet. Zusätzlich dazu kann die Beschichtung der Prüffläche für die Wellenlängen der elektromagnetischen Wellen, mit denen sie bestrahlt wird, undurchsichtig sein.
Das erfindungsgemäße Verfahren nutzt dann aus, dass die Beschichtung bzw. der Lack Wellenlängen in einem bestimmten Frequenzbereich, wie etwa UV- Licht sperrt. Beispielsweise kann der Lack für Wellenlängen größer als 390 nm transparent sein, jedoch für Wellenlängen im Bereich 390 nm bis ca. 320 nm kann die Absorption ansteigen. Für kleinere Wellenlängen ist die Beschichtung bzw. der Lack bereits bei geringer Schichtdicke (technisch relevante Schichtdicken sind kleiner als 100 pm) praktisch komplett undurchsichtig . Das be- deutet mit verschiedenen Wellenlängen-Bereichen der elektromagnetischen Wellen können verschiedene Messbereiche für verschiedene Schichtdicken eingestellt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren in der vorliegenden Ausführungsform kann natürlich nur Anwendung finden, wenn der verwendetet Kunststoff bzw. das Trägermaterial der Beschichtung oder des Lacks Lumineszenz- Effekte, wie Fluoreszenz zeigt. Dies ist aber bisher bei allen untersuchten Kunststoffen und sogar einigen optischen Gläsern der Fall. Diese Fluoreszenz ist im Allgemeinen ein ungewollter Effekt und wird deshalb auch praktisch nie in den Datenblättern der Kunststoff-Hersteller angegeben. Es gibt jedoch auch Kunststoffe, die absichtlich fluoreszieren.
Insbesondere der häufig verwendete Kunststoff PMMA, wie auch andere übliche transparente für Spritzguss geeignete Kunststoffe zeigen Fluoreszenz. Bei Beleuchtung mit UV-Licht geeigneter Wellenlänge leuchtet das Prüfstück z. B. sichtbar bläulich. Die Beschichtung bzw. der Lack dagegen sperrt UV- Licht. Fluoreszenz kann deshalb nur an unbeschichteten Stellen beobachtet werden.
Um das erfindungsgemäße Verfahren verwenden zu können, sollte die Be- leuchtung von der beschichteten Seite erfolgen . Die Beobachtung der Fluoreszenz kann dann entweder von der gleichen Seite geschehen, oder kann auch in Transmission abgetastet werden, wenn das Prüfteil transparent ist.
Zusätzlich dazu kann beispielsweise auch überprüft werden, ob die Beschich- tung bzw. Versiegelung vollständig über die Prüffläche verteilt ist, oder eben genau an diese Stellen aufgebracht ist, die mit der Beschichtung versehen werden sollen.
Vorzugsweise wird die Schichtdicke der Beschichtung der Prüffläche anhand der Veränderungen der Fluoreszenzeigenschaften der zumindest teilweise beschichteten Prüffläche ermittelt. Dabei kann beispielsweise untersucht werden, ob die nötige Schichtdicke der Beschichtung vorhanden ist, um die gewünschten Eigenschaften der Beschichtung wie Kratzfestigkeit, Kalkresistenz,
Schmutzabweisung, Feuerbeständigkeit, Hitzebeständigkeit oder Kälte- beständigkeit usw. aufzuweisen.
Die Möglichkeit der Messung der Schichtdicke ist im Allgemeinen besonders interessant, da bestimmte Mindest-Schichtdicken gefordert sind, ab der die Beschichtung oder der Lack seine Funktion, d .h. beispielsweise Kratzfestigkeit erfüllt. Zum Beispiel kann eine Dicke unterhalb 10 pm oder je nach Anwendung unterhalb von 30 pm als Fehler zählen.
Wenn die Schichtdicke allmählich abnimmt, wird das erfindungsgemäße Verfahren einen breiten Übergangsbereich ermitteln, in dem die Fluoreszenz stetig zunimmt. Dieser breite Übergangsbereich kann je nach Wellenlänge der elektromagnetischen Welle eingestellt und überprüft werden. Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zum Prüfen der Oberfläche einer Prüffläche bereitgestellt. Die Prüffläche kann vollständig, teilweise oder überhaupt nicht beschichtet bzw. versiegelt sein. Die Vorrichtung umfasst Beleuchtungsmittel zum Bestrahlen der Prüf- fläche, so dass die Prüffläche zumindest teilweise bestrahlt werden kann. Dabei sollten die Mittel dafür geeignet sein zumindest einzelne Wellenlängen oder kleinere oder größere Wellenlängenbereiche abzustrahlen. Beispiele hierfür sind Laser, UV-LEDs, Quecksilberdampflampen, Xenon-Gasentladungslampen mit geeigneten optischen Filtern, die nur gewünschte Wellenlängen durch- lassen, usw.
Außerdem umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung mindestens ein Abtastelement zum Abtasten der Prüffläche. Dies kann beispielsweise eine normale Digitalkamera mit einem Standard- Objektiv ohne Filter sein. Mit speziellen Filtern (z. B. Sperrfilter, Bandpassfilter) vor der Kamera könnte man den Bildkontrast noch verbessern .
Eine weitere Möglichkeit ist ein optischer Versuchsaufbau. Dabei wird bei- spielsweise ein durch die bestrahlte Prüffläche gehender Lichtstrahl oder ein reflektierter Lichtstrahl mit einem Sensor gemessen.
Des Weiteren können elektrische, elektronische oder elektromagnetische Untersuchungsmethoden verwendet werden. Beispiele hierfür sind Reflexions- oder Transmissionsmessungen.
Zusätzlich umfasst die erfindungsmäßige Vorrichtung mindestens eine Einheit zum Ermitteln der Oberflächeneigenschaften der Prüffläche anhand der
Lumineszenz-Effekte der bestrahlten Prüffläche. Hier kann eine mit geeigneter Software versehene Steuerungseinheit wie ein Computer Anwendung finden.
Vorzugsweise ist die mindestens eine Einheit zum Ermitteln der Oberflächeneigenschaften geeignet, die Oberflächeneigenschaften anhand der Verände- rungen der Fluoreszenzeigenschaften einer zumindest teilweise beschichteten Prüffläche zu ermitteln.
Dabei können Bereiche auf der Prüffläche, die nicht beschichtet sind, eine Fluoreszenz aufweist. Im Gegensatz dazu können Bereiche, die beschichtet sind, das Licht absorbieren und weisen somit keine Fluoreszenz auf.
Vorzugsweise ist die mindestens eine Einheit zum Ermitteln der Oberflächeneigenschaften geeignet die Schichtdicke der Beschichtung der Prüffläche an- hand der Veränderungen der Fluoreszenzeigenschaften der zumindest teilweise beschichteten Prüffläche zu ermitteln.
Wenn man eine Vorrichtung zur Verfügung stellen will, die die Anwesenheit des Lacks auch bei geringer Dicke sicher erkennen soll, so würde man eine eher kleine Wellenlänge wählen, bei der der Lack stark absorbiert. Ein Beispiel hierfür wäre 254nm, die z. B. mittels einer Quecksilberdampflampe leicht zu erzeugen ist.
Wenn jedoch Schichtdicken gemessen werden sollen, so sollte eine Wellen- länge im Übergangsbereich zwischen Absorptions- und Transmissionsbereich gewählt werden, in der die Beschichtung noch teilweise transmittiert. Ultraviolette LEDs in diesem Wellenlängen-Bereich sind in einem fein abgestuften Sortiment verschiedener Wellenlängen zu sinnvollen Preisen kommerziell erhältlich.
Vorzugsweise ist das mindestens eine Abtastelement ein optisches Messsystem. Dazu ist ein optischer Versuchsaufbau geeignet. Dabei wird von einer Lichtquelle beispielsweise ein Laser-Strahl oder eine LED auf oder durch die bestrahlte Prüffläche gestrahlt. Der durch die bestrahlte Prüffläche gehende Strahl oder der reflektierte Strahl kann mit einem Sensor oder Empfänger gemessen werden. Beispiele hierfür sind CCD-Zeilenkameras, CCD-Kameras oder auch Fotodioden. Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung sind universell einsetzbar und können beispielsweise auch in der Serienfertigung verwendet werden. Sie sind zerstörungsfrei anwendbar und verändern die Oberfläche nicht. Auch bieten sie die Möglichkeit, eine gesamte Oberfläche zu prüfen und abzuscannen und damit einzelne Fehlstellen zu detektieren. Sie können aber gleichzeitig auch punktuell eingesetzt werden.
Eine Ausführungsform der Vorrichtung wird nachfolgend anhand der Zeichnung detailliert erklärt. Die einzige Figur zeigt in schematischer Darstellung :
Fig . 1 : eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Fig. 1 zeigt die schematische Darstellung einer Anordnung, die die einzelnen Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens durchführen kann.
Dabei wird eine Prüffläche 10, die mit der Schicht 30 beschichtet ist, auf einen geeigneten Tisch oder auch ein Fließband 20 gelegt. Dieser Tisch oder auch das Fließband 20 sollten dafür geeignet sein, dass die einzelnen Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens durchgeführt werden können.
Die Schicht 30 kann eine Beschichtung oder eine Versiegelung der Prüffläche 10, wie beispielsweise ein Lack sein. Die Schicht 30 weist eine bestimmte Schichtdicke auf, die an der Stelle 34 stetig abnimmt und an der Stelle 36 gar nicht mehr vorhanden ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren funktioniert nur, wenn das verwendete Material für die Prüffläche wie beispielsweise ein Kunststoff, Fluoreszenz zeigt. Erfahrungsgemäß zeigen jedoch die meisten aus hochtransparentem PMMA und PC hergestellten Prüfflächen Fluoreszenz, wobei Unterschiede in der Intensität und Farbe der Fluoreszenz beobachtet werden.
Die beschichtete Prüffläche 10 wird über die gesamte Breite mit elektromagnetischen Wellen aus einer Quelle 40 bestrahlt. Als Beispiel wird in der vorliegenden Ausführungsform eine Quecksilberdampflampe verwendet. Es kann aber auch jede andere Quelle für elektromagnetische Strahlung verwendet werden. Vorteilhafterweise wird man die Wellenlänge der Quelle 40 für elektromagnetische Wellen so wählen, dass sie in dem Material der Prüffläche 10, wie beispielsweise verschiedene Kunststoffe (PMMA, PC) oder Glas eine Fluoreszenz bewirken, wohingegen die elektromagnetische Wellen von der Be- schichtung bzw. dem Lack 30 absorbiert werden und keinen Fluoreszenz-Effekt hervorrufen. Es hat sich gezeigt, dass der Fluoreszenz-Effekt von der Schichtdicke der
Beschichtung 30 auf der Prüffläche 10 abhängt. Die Stärke der Absorption des UV-Lichts durch die Beschichtung 30 ist also eine Funktion der Schichtdicke. Im Allgemeinen nimmt die Intensität des transmittierten UV-Lichts exponen- tiell mit der Schichtdicke ab. Damit kann also prinzipiell über die Intensität der Fluoreszenz die Schichtdicke bestimmt werden.
Das bedeutet, dass die Prüffläche 10 an der Stelle 36, an der keine Beschichtung vorhanden ist, ein Maximum an Fluoreszenz aufweist. An der Stelle 34, an der die Schichtdicke der Beschichtung 30 langsam wieder zunimmt, wird eine Abnahme der Fluoreszenz erkennbar sein.
Um dieses Fluoreszenzverhalten der mit Beschichtung 30 versehenen Prüffläche 10 zu untersuchen, kann eine einfache Digitalkamera 50 verwendet werden, die eine Aufnahme des bestrahlten Prüfteils 10 aufnimmt. Dabei wird die Aufnahme an dem Bereich 36 eine klare Fluoreszenz aufweisen, wohingegen die Beschichtung 30 in dem Bereich 38 die elektromagnetische Strahlung komplett absorbieren wird, so dass keine Fluoreszenz auftreten wird . In dem Bereich 34 wird die Fluoreszenz kontinuierlich abnehmen. Wenn die Beschichtung 30 eine Stufe aufweist, das bedeutet der Übergang von einer Prüffläche ohne Beschichtung zu einer Prüffläche mit Beschichtung ist sehr scharf, wird auch die Aufnahme der Digitalkamera 50 einen abrupten Übergang zwischen beiden Bereichen zeigen. Die bestrahlte Prüffläche 10 kann aber auch mit einem Spektrometer ausgelesen werden. Das Abtastelement, wie die Digitalkamera 50, kann jedoch bei einer transparenten Prüffläche 10 auch unter dem Tisch 20 oder dem Fließband angebracht werden und von dort die bestrahlte, beschichtete Prüffläche 10 abtasten. Wichtig ist bei der vorliegenden Erfindung nur, dass sich die elektromagnetische Quelle, wie die Quecksilberdampflampe 40 auf der gleichen Seite der Prüffläche 10 befindet an der auch die Beschichtung 30 angebracht ist.
Um die Digitalkamera 50 auszulesen, kann beispielsweise ein Computer 60 verwendet werden, der mit Hilfe einer geeigneten Software das Signal der Digitalkamera 50 auswertet.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf das hier vorgestellte Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern lässt sich auch gemäß dem Gegenstand der Erfindung modifizieren.
Bezugszeichenliste Prüffläche
Prüftisch oder Fließband
Beschichtung
Bereich in dem die Beschichtung abnimmt
Bereich der Prüffläche, welche keine Beschichtung aufweist
Bereich der Prüffläche, welche eine Beschichtung mit einer größeren
Schichtdicke aufweist
Quelle elektromagnetischer Strahlung bzw. Lichtquelle
Digitalkamera
Computer zur Auswertung des Fluoreszenz-Effekts

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Überprüfen der Oberfläche einer Prüffläche (10), umfassend die Schritte:
Bestrahlen der Prüffläche (10) mit elektromagnetischen Wellen; Abtasten zumindest eines Teilbereichs der Prüffläche (10);
Ermitteln der Oberflächeneigenschaften der Prüffläche (10) anhand der Lumineszenz-Effekte der bestrahlten Prüffläche.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die elektromagnetischen Wellen
bestimmte Wellenlängen aufweisen.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Prüffläche (10) zumindest teilweise beschichtet ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Beschichtung (30) der Prüffläche (10) für die Wellenlängen der elektromagnetischen Wellen, mit denen sie bestrahlt wird, undurchsichtig ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, wobei die Oberflächeneigenschaften anhand der Veränderungen der Fluoreszenzeigenschaften der zumindest teilweise beschichteten Prüffläche (10) ermittelt werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Schichtdicke der Beschichtung (30) der Prüffläche (10) anhand der Veränderungen der Fluoreszenzeigenschaften der zumindest teilweise beschichteten Prüffläche (10) ermittelt werden.
7. Vorrichtung zum Prüfen der Oberfläche einer Prüffläche (10), umfassend
Beleuchtungsmittel (40) zum Bestrahlen der Prüffläche (10);
mindestens ein Abtastelement (50) zum Abtasten der Prüffläche (10);
mindestens eine Einheit (60) zum Ermitteln der Oberflächeneigenschaften der Prüffläche (10) anhand der Lumineszenz-Effekte der bestrahlten Prüffläche (10).
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die mindestens eine Einheit (60) zum Ermitteln der Oberflächeneigenschaften geeignet ist, die Oberflächeneigenschaften anhand der Veränderungen der Fluoreszenzeigenschaften einer zumindest teilweise beschichteten Prüffläche (10) zu ermitteln.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, wobei die mindestens eine Einheit (60) zum Ermitteln der Oberflächeneigenschaften geeignet ist, die Schichtdicke der Beschichtung (30) der Prüffläche (10) anhand der Veränderungen der Fluoreszenzeigenschaften der zumindest teilweise beschichteten Prüffläche (10) zu ermitteln.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei das mindestens eine Abtastelement ein optisches Messsystem ist.
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