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Inline-Prüfung der Benetzungsfähigkeit von Materialoberflächen

Tropfen zählen

Mit dem bonNDTinspect System ermöglicht Automation W+R eine zuverlässige Beurteilung von Oberflächen, die in nachfolgenden Prozessschritten geklebt, lackiert oder anderweitig behandelt werden sollen. Basis des Systems sind ein Patent des Fraunhofer IFAM und Bildver arbeitung von Stemmer Imaging.

Ein Ultraschallzerstäuber (links) erzeugt ein definiertes Wasseraerosol aus Reinstwasser, das mit einer Breite von ca.10cm auf die Probenoberfläche aufgesprüht wird. (Bild: Fraunhofer IFAM)

Ein Ultraschallzerstäuber (links) erzeugt ein definiertes Wasseraerosol aus Reinstwasser, das mit einer Breite von ca.10cm auf die Probenoberfläche aufgesprüht wird. (Bild: Fraunhofer IFAM)

„Unser System bonNDTinspect zur Inline-Prüfung der Benetzungsfähigkeit von Materialoberflächen eignet sich u.a. dazu, die Klebebereitschaft oder Lackierfähigkeit von Oberflächen zu prüfen. Es weist im Vergleich zu bisher bekannten Verfahren zahlreiche Vorteile auf“, erläutert Célian Cherrier. Der Applikationsingenieur von Automation W+R betreut die Entwicklung des kürzlich in Vorserie gegangenen Systems als Projektleiter bereits seit den ersten Schritten vor rund zwei Jahren und beschreibt die grundlegende Idee am Beispiel des Klebens wie folgt: „Um ein gutes Klebeergebnis zu erreichen, ist es unerlässlich, den Zustand der Fügeteiloberflächen vor dem Verkleben zu überwachen und die Oberflächenvorbehandlung zu kontrollieren, um Verschmutzungen z.B. durch Trennmittel oder Fingerabdrücke zu erkennen. Oberflächen müssen gewisse Kriterien erfüllen, um eine sichere Klebeverbindung zu ermöglichen.“ Für derartige Überprüfungen zur Bestimmung der Benetzungseigenschaften von Oberflächen existieren bereits verschiedene Verfahren wie z.B. Prüftinten, der so genannte Water-Break-Test oder Kontaktwinkelmessungen. Im Vergleich zu den herkömmlichen Verfahren zeichnet sich das neue System jedoch durch eine Reihe von Vorteilen aus. So erlaubt es zum ersten Mal schnelle, großflächige und automatisierte Messungen an unterschiedlichen Oberflächen wie Kunststoff, Metall oder Faserverbundwerkstoffen. Darüber hinaus ist es objektiv und arbeitet vollautomatisiert mit einer Bildverarbeitungssoftware. Zudem ermöglicht es eine sofortige Verarbeitung des geprüften Bauteils direkt im Anschluss an die Prüfung und kann somit nahtlos in Produktionsprozesse implementiert werden.

Das entstandene Tropfenmuster wird von einem Kamerasystem erfasst und sekundenschnell ausgewertet. In diesem Fall wurde ein Fingerabdruck erkannt. (Bild: Automation W+R)

Das entstandene Tropfenmuster wird von einem Kamerasystem erfasst und sekundenschnell ausgewertet. In diesem Fall wurde ein Fingerabdruck erkannt. (Bild: Automation W+R)

Feinste Tröpfchen zur Oberflächenprüfung

Das Verfahren basiert auf einem Patent des Fraunhofer-Instituts für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung (IFAM) zur Auswertung der Benetzbarkeit von Oberflächen. Automation W+R hat die exklusive Lizenz zur Nutzung dieses Patents. Die Funktionsweise von bonNDTinspect erklärt Célian Cherrier so: „Ein Ultraschallzerstäuber erzeugt ein definiertes Wasseraerosol aus Reinstwasser, das mit einer Breite von ca. 10cm auf die Probenoberfläche aufgesprüht wird. Die Probe wird dabei z.B. über einen Linearantrieb mit üblicherweise rund 100mm/s unter dem Zerstäuber hindurch bewegt, um einen gleichmäßigen Auftrag des Aerosols zu gewährleisten.“ Die erforderliche relative Bewegung zwischen Probe und Zerstäuber lässt sich laut Cherrier je nach den vorliegenden Einsatzbedingungen auch über einen Roboter realisieren, der das System über das zu prüfende Bauteil führt. „Pro cm² entstehen auf diese Weise 1.000 bis 2.000 Tröpfchen mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 100µm.“ In Abhängigkeit von der Oberflächenenergie der zu prüfenden Oberfläche bildet sich bei diesem Vorgang ein charakteristisches Tropfenmuster, das automatisch von einem Kamerasystem erfasst und mittels Bildverarbeitung sekundenschnell ausgewertet wird. Ob eine Oberfläche die Kriterien der nachfolgenden Prozessschritte erfüllt, lässt sich dann anhand der Tropfenverteilung erkennen. Durch die Angabe von Sollwerten ist es somit möglich, die Wirksamkeit einer Vorbehandlung wie z.B. einer vorangegangenen Reinigung oder Oberflächenaktivierung auszuwerten oder Verschmutzungen auf der Oberfläche zu erfassen. Solche Kontaminationen können beispielsweise durch Trennmittelreste, Öle, Fette oder sogar durch Fingerabdrücke entstehen und dafür sorgen, dass Klebungen nach einer gewissen Zeit versagen oder Lackierungen vorzeitig abblättern. Mögliche Folgen sind visuelle oder funktionale Defekte des Endprodukts wie z.B. Lackblasen an Fahrzeugen oder nicht haftende Bedruckungen, die z.B. bei Etiketten für Medikamente in der Pharmaindustrie auf keinen Fall auftreten dürfen.

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