Verschmutzungen auf Bauteilen erkennen

Kleinste Dinge können grosse Auswirkungen haben: Beispielsweise winzige Schmutzpartikel, die bei der Fertigung von Bauteilen auf ihrer Oberfläche kleben. Beispiel Ölwanne: Sitzen Ölverunreinigungen dort, wo später die Dichtmasse angebracht werden soll, hält die Dichtung an dieser Stelle nicht – die Wanne wird hier wahrscheinlich durchlässig sein. Bisher ist es technisch nicht möglich, alle Bauteile auf Restverschmutzungen hin zu überprüfen. Es werden lediglich Stichproben vorgenommen, die zum einen zeitintensiv sind, zum anderen keine Aussage darüber ermöglichen, wo sich auf dem Bauteil die Verunreinigung befand.

Ortsaufgelöste Inline-Messung: Qualität zu 100%

Künftig können produzierende Betriebe in puncto Verunrei­nigungen auf Nummer sicher gehen. Möglich macht dies das Inline-Messsystem F-Scanner, das Forscher des Fraunhofer-Instituts für Physika­lische Mess­technik IPM in Freiburg entwickelt haben. «Mit dem Scanner können wir nicht nur jedes einzelne metallische Bauteil inline vermessen – also direkt während der Fertigung, ohne zeitlichen Mehraufwand –, sondern auch genau sagen, in welchem Bereich sich Schmutzpartikel befinden», erläutert Andreas Hofmann, Geschäfts­feld­beauftragter für Produktions­kontrolle am Fraunhofer IPM. «Dabei sind wir in der Lage, selbst kleinste Verunreinigungen oder Ölfilme von unter zehn Milligramm pro Quadratmeter ortsaufgelöst zu identifizieren.»

Ölfilme, Späne und Co. verraten sich durch ihre Fluoreszenz

Das Prinzip: Während die Ölwannen auf einem Fliessband von A nach B transportiert werden, strahlt ein UV-Laser einen kleinen punkt­förmigen Bereich des Bauteils an. Befinden sich Öl, Reste von organischen Reinigungs­substanzen oder Fasern auf der Oberfläche, senden diese ein sichtbares Fluoreszenz­licht zurück, quasi als Antwort auf das UV-Licht des Lasers. Genau dieses Licht fängt ein Detektor auf, für alle anderen Wellen­längen ist er blind. Daher kann er die Fluoreszenz­signale der Verunrei­nigungen sehr empfindlich detektieren. Das metallische Bauteil selbst schickt keine Fluoreszenz­strahlen zurück. Ein Scanner sorgt dafür, dass der Laserpunkt sehr schnell über die Oberfläche saust und sie somit Punkt für Punkt abrastert. Etwa 200 Mal pro Sekunde scannt der Laserstrahl über das Objekt hinweg. Als Ergebnis erhält der Qualitäts­manager ein Bild, auf dem genau zu sehen ist, ob und wo Schmutzpartikel oder Ölfilme vorhanden sind.

Selbst die eigentlich nicht fluoreszierenden Bauteilspäne, die aus Vorverar­beitungs­schritten am Prüfobjekt hängen geblieben sind, kann der F-Scanner ausmachen. «Da die Bauteile nach der Vorverar­beitung mit Wasser oder Luft gereinigt werden, haften nur diejenigen Späne, die mit Öl oder anderen Substanzen verunreinigt sind – und diese Stoffe fluoreszieren», sagt Hofmann.

Ortsauflösung und Geschwindigkeit an die Produktion anpassbar

Die Ortsauflösung des Systems sowie die Geschwindigkeit passen die Forscher an die jeweiligen Bedingungen an, etwa die Taktrate im Produktions­betrieb. Dabei begrenzt sich der Einsatz des F-Scanners nicht allein auf metallische Bauteile – für andere Mate­rialien sind jedoch spezifische Unter­suchungen erforderlich.

5.10.2017