Messverfahren als Standard etabliert

Das Unternehmen ging als Spin-Off der Zürcher Hochschule für angewandte Wissenschaften hervor und wurde als Winterthur Instruments gegründet. Der Ursprung lag in einem Forschungsprojekt, bei dem ein Messsystem für die thermische Schichtprüfung – der „coatmaster“ – entwickelt wurde. „Den ersten Prototypen haben wir in Kooperation mit großen Schweizer Industrieunternehmen wie Sulzer, ABB und Oerlikon sowie unter Beteiligung der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich (ETHZ) und der Zürcher Hochschule (ZHAW) entwickelt. Dieser basiert auf dem ATO-(Advanced Thermal Optics)-Verfahren. Die zugrundeliegende Technologie ist weltweit patentiert“, erinnert sich Gründer und Geschäftsführer Prof. Nils Reinke. Die Technologie wurde bald von vielen Branchenexperten ausgezeichnet und hat bis dato über 20 nationalen und internationalen Preise für den Beitrag zum Umweltschutz, zur Nachhaltigkeit und Industrie 4.0 erhalten. „Von der ersten Idee, über einen funktionsfähigen Prototyp bis hin zu einem industriereifen Produkt vergingen mehr als fünf Jahre. Zu den ersten Kunden zählten unter anderem führende Lackhersteller. Heute setzen unsere Kunden die berührungslose Schichtdickenmessung als Standardkontrolle in ihrer Produktionslinie ein, um ihre Beschichtungsabläufe zu sichern und Lackmaterial einzusparen“, so Prof. Reinke. Da eine automatisierte Schichtdickenmessung nicht für alle Kunden die optimale Lösung darstellt, entwickelt das Unternehmen 2018 ein Handmessgerät. Ein fehlender Baustein zur Entwicklung des Handgeräts stammt von der Firma coatchecker, welche die coatmaster AG  übernommen hat. Aufgrund der wachsenden internationalen Ausrichtung haben sich die Verantwortlichen 2019 entschlossen, die Firma von Winterthur Instruments in coatmaster umzubenennen. „Im letzten Jahr haben wir mit der 3D-Schichtdickenmessung-Technologie eine weitere Innovation vorgestellt. Damit ist es Anwendern möglich, die Schichtdicke nicht nur an einzelnen Punkten, sondern über ausgedehnte Flächen und komplexe Formen zu messen. Somit wird unsere Technologie zum digitalen Auge der Beschichtungsindustrie und erlaubt die Automatisierung von Beschichtungsprozessen“, beschreibt Prof. Reinke die neuesten Entwicklungen. Ein aktuelles Interview mit dem mit Gründer und Geschäftsführer Prof. Nils Reinke über die Technologie und künftige Messaufgaben lesen Sie in Ausgabe 3/2021 von Besser lackieren.

Die Technologie

Bei diesem thermischen Verfahren wird die Oberfläche einer Beschichtung mit einer Anregungsquelle erwärmt, um Rückschlüsse über die Eigenschaften der Beschichtung zu erzielen, beispielsweise ein Lichtimpuls. Nach einer kurzzeitigen Erwärmung um wenige Grad Celsius folgt die Abkühlung der Oberfläche durch Wärmeleitung in tiefere Bereiche der Beschichtung und der Unterlage. Der Verlauf der Abkühlung auf der Oberfläche hängt dabei von den physikalischen Eigenschaften der Beschichtung und der Unterlage ab. Die Oberflächentemperatur klingt umso schneller ab, je dünner die Beschichtung ist, sofern sie eine geringere thermische Leitfähigkeit als die Unterlage hat. Ebenso bewirkt eine schlechte Haftung der Beschichtung eine Verzögerung der Abkühlung, weil an der Grenzfläche ein starkes Temperaturgefälle entsteht. Dabei kommt es zu einem Temperaturstau in der Beschichtung. Aus dem zeitlichen Verlauf der Oberflächentemperatur kann also auf Dicke, Haftung und Materialeigenschaften geschlossen werden.

Diese neue Methode basiert auf der Detektion der Wärmestrahlung. Jeder Gegenstand ist eine potenzielle Quelle für Wärmestrahlung, die umso intensiver ist, je höher die Temperatur ist. Die detektierte Wärmestrahlung wird von Infrarotsensoren in elektrische Signale umgewandelt und anschließend digitalisiert. Zur Aufnahme des kurzzeitigen Verlaufs der Temperatur werden sehr schnelle Infrarotsensoren eingesetzt. Dafür ist eine Erfassungsrate von einigen tausend Messwerten pro Sekunde erforderlich. Um dabei eine Temperaturauflösung von 0,01 °C oder besser zu erzielen, werden die Infrarotsensoren mit elektrischen-Kühlelementen  bis auf –200 °C abgekühlt. Die thermische Schichtprüfung erlaubt somit eine zerstörungsfreie, berührungslose und schnelle Bestimmung von Schichteigenschaften.