Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Fluoreszenzscanner für die ortsaufgelöste und quantitative Inline-Detektion filmischer Verunreinigungen zur Qualitätssicherung in Beschichtungsprozessen (Scan4Coat)

Die industrielle Teilereinigung dient u. a. zur Vermeidung störender filmischer Verunreinigungen vor Beschichtungs- oder Lackierprozessen. Da die Oberflächen nach dem Prozess nicht mehr zugänglich sind, muss die Qualitätssicherung inline erfolgen. Hier fehlen geeignete Verfahren weil die verfügbaren quantitativen Messungen weder ortsaufgelöst noch inline-fähig sind und die ortsauflösenden Verfahren nur qualitative Aussagen ermöglichen. Es gibt daher einen erheblichen Bedarf an Systemen zur ortsaufgelösten und quantitativen Messung filmischer Verunreinigungen in Reinigungslinien, um Reklamationen zu vermeiden und Prozesse hinsichtlich Kosten, Durchlaufzeit und Chemikalienverbrauch zu optimieren.

Diese Lücke in der Qualitätssicherung soll durch die Entwicklung eines fluoreszenzoptischen Scanners geschlossen werden, der in Kombination mit einem 3D-Messsystem zur physikalischen Modellierung des Fluoreszenzsignals erstmals ortsaufgelöste und quantitative Messungen von filmischen Verunreinigungen auf metallischen Oberflächen in nasschemischen oder mechanischen Reinigungsprozessen ermöglicht. Zur Qualifikation für ein großes Markt-segment muss ein relevantes Materialspektrum einschließlich zugehöriger Anforderungen identifiziert und fluoreszenzoptisch charakterisiert werden. Da die relevanten Restverschmutzungen (Öle und Fette) zumeist nicht langzeitstabil sind, müssen auch Verfahren zur Herstellung von Prüfstandards entwickelt werden, um die jeweiligen Materialien in niedriger Konzentration und homogen verteilt auf Proben applizieren zu können. Das Forschungsvorhaben umfasst daher sowohl Fragestellungen aus der optischen Messtechnik als auch aus den Bereichen Reinigungstechnik, Probenpräparation und chemischer Analytik.

Der erwartete Bedarf von 50 bis 100 Messsystemen pro Jahr stellt ein attraktives Marktsegment für mittelständische Messtechnikanbieter in einem Hersteller- wie anwenderseitig vorwiegend von KMU geprägten Markt für Reinigungsanlagen dar.

Ergebniszusammenfassung:

Ergebnis: Kalibrierung der Fluoreszenzmesstechnik mithilfe der Kohlenstoffverbrennungsanalyse im Bereich < 50 mg/m² Verunreinigung. Nachweisgrenze zu typischer Weise < 10 mg/m² Restverunreinigung entsprechend Schichtdicken von wenigen Nanometer bestimmt.

Anwendung: Das Ergebnis zeigt die herausragende Empfindlichkeit und Quantifizierbarkeit der bildgebenden Fluoreszenzmesstechnik bei geringsten Restverunreinigungen, und bereitet den Weg für die Anwendung dieser Technologie im Allgemeinen.

Ergebnis: Entwicklung eines einfachen und universellen Kalibrierverfahrens, das Anwender selbst durchführen können.

Anwendung: In-house Kalibrierung beliebiger Verunreinigungen und Oberflächen ohne aufwändige und kostenintensive Messungen in Prüflabors, was besonders für mittelständische Unternehmen interessant ist.

Ergebnis: Korrektur der Fluoreszenzmessung hinsichtlich der Geometrie der erfassten Bauteile.

Anwendung: Die Messtechnik zur Prüfung technischer Sauberkeit kann auf große und komplex geformte Bauteile wie z.B. aus den Bereichen Bau, Automotive oder Aerospace angewandt werden um hier die Sauberkeitsprüfung vor Beschichtungsprozessen zu etablieren

Ergebnis: Quantitativer Nachweis der Eignung von Plasmareinigung als effektive Methode zur Feinstreinigung von Metallbauteilen.

Anwendung: Die Kombination von Plasmareinigung und bildgebender Fluoreszenzmessung kann zur Bedarfsgerechten Reinigung für höchste Sauberkeitsansprüche genutzt werden, z.B. an kritischen Stellen wie Klebeflächen von Funktionsbauteilen.