Ist das Werkstück sauber?

Bei der Prüfung handelt es sich um einen Benetzungstest, der auf dem Prinzip der Oberflächenspannung von Wasser basiert. Diese Kraft ist für die Bildung von Tropfen verantwortlich. Durch Beobachtung und Analyse der Tropfenform können die Eigenschaften des Materials, auf dem sich diese Tropfen bilden, abgeleitet werden. Die Idee des automatisierten Benetzungs-Tests ist es, auf einer zu prüfenden Oberfläche Tropfen zu erzeugen und diese mit einer Kamera auszuwerten. Der Benetzungstest wurde vom Fraunhofer IFAM entwickelt und durch Automation W+R in Form des Inline-Prüfsystems “BonNDTinspect” für die Industrie optimiert. Er eignet sich für Klebeprozesse und Lackierungen.

Testablauf

Unterschiedliche Tropfengrößen auf einer CFK-Oberfläche: Der rechte Bereich ist mit Atmosphärendruckplasma behandelt worden, die Benetzungsfähigkeit ist hier viel besser und weist daher durchschnittlich größere Tropfen auf.

Eine Ultraschalldüse sprüht sehr feine Wassertropfen auf das zu prüfende Material. Bei der Benetzung prägen sich die Kontaktwinkel (Winkel zwischen der Oberfläche und der Flüssigkeit) der Tropfen entsprechend der jeweiligen Oberflächeneigenschaften des Fügematerials aus. Es stehen folgende Ergebnisse mit der jeweiligen Benetzungsfähigkeit in Bezug:

• Ein großer Kontaktwinkel, also ein Tropfen mit einem kleinen Durchmesser, ist ein Indiz dafür, dass es sich um eine schlechte Benetzungsfähigkeit handelt.
• Ein kleiner Kontaktwinkel lässt auf eine gute Benetzung schließen, denn hier haben die Wassertropfen bei gleichem Wasservolumengehalt einen größeren Durchmesser.

Eine hochauflösende Zeilenkamera nimmt die Tropfen auf, eine Bildverarbeitungssoftware wertet die Bilder aus und analysiert sie. Aufgrund der komplexen Aufgabenstellung unter verschiedenen Parametern (Variation der Oberfläche, Variation der Tropfen mit unterschiedlichen Benetzungsfähigkeiten, Kontamination und Vorbehandlung) wird der Test mit Hilfe eines neuronalen Netzes durchgeführt. Das Inline-Prüfsystem erkennt dabei pro Sekunde zwischen 8000 und 18.000 Tropfen und wertet diese aus. Das entspricht durchschnittlich 2000 Tropfen pro Quadratzentimeter.

Kontaminationen detektieren

Der Benetzungstest detektiert Verschmutzungen wie Fingerabdrücke und markiert sie als nicht in Ordnung (niO).

Der größte Nutzen des Benetzungstests ist die Detektion von Kontaminationen auf zu lackierenden Oberflächen. Fingerabdrücke, Spuren von Öl, Wachs, Staub, Salzen oder auch Silikon durch Werkzeugauftrag sowie schmutzige Arbeitskleidungen können zu einer verminderten Haftung führen. Diese Restverschmutzungen lassen sich mit dem Benetzungstest erkennen und als nicht in Ordnung (niO) markieren. Das Tropfenmuster und die Tropfengrößenverteilung werden dabei lokal (oder auch global für flächige Kontaminationen) verändert, wodurch die Bildverarbeitungssoftware die Verunreinigungen erkennen und lokalisieren kann. Durch diese Inspektion und Analyse werden kontaminierte Bauteile in einer Produktionslinie identifiziert und können nachbearbeitet oder aussortiert werden.

Charakterisierung der Oberflächenbehandlungen

Der Test erlaubt eine Inline-Überwachung direkt nach den Aktivierungsschritten. Dabei detektiert das System Bereiche, in denen zu wenig und in denen zu stark aktiviert wurde, denn auch diese wirken sich negativ auf die Benetzung aus. Physikalische Oberflächenvorbehandlungen, wie Niederdruck- und Atmosphären­druckplasma oder Corona-Entladung wurden bereits erfolgreich mit dem Inline-Prüfsystem gemessen.Mechanische Oberflächenvorbehandlungen sind zum Teil mit dem Benetzungstest auswertbar. Das kritische Element bei der Messung ist die starke Rauheit der Oberfläche, denn dadurch bilden sich die Tropfen in Abhängigkeit der Struktur und werden schlecht erkannt. Oberflächennachbehandlungen jedoch, wie beispielsweise die Verwendung von Primern, wurden ebenfalls bereits untersucht und erfolgreich charakterisiert.

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Automation W+R GmbH, München, Maximilian Sergl, Tel. +49 89 179199-10, info@automationwr.de, www.automationwr.de