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03.02.2023

14.04.2022

Optische Kohärenztomographie sichert die Qualität dünner Schichten

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Von der Hochglanzbroschüre bis zum Neuwagen: Lackschichten, die auch vor dem Kunden glänzen sollen, müssen glatt und gleichmäßig sein, um eine einwandfreie Qualität widerzuspiegeln.

Das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT aus Aachen hat ein interferometrisches Messverfahren entwickelt, mit dem sich zuverlässig ausmessen lässt, ob dünne transparente Lackschichten gleichmäßig aufgetragen sind.

Die Möglichkeiten, die die Optische Kohärenztomographie (OCT) für das Messen solcher Lackschichten bietet, stellt das Fraunhofer IPT anhand eines Prototyps auf der Control, der internationalen Leitmesse für Qualitätssicherung vom 3. bis 6. Mai 2022 in Stuttgart dem Messepublikum vor.

Die OCT ist ein berührungsloses Messverfahren, das ursprünglich in der Augenheilkunde entwickelt wurde. Es kann hochauflösende zwei- und dreidimensionale Aufnahmen transparenter und semitransparenter Materialien liefern. Mit seiner hohen Messfrequenz von über hundert Kilohertz ermöglicht es die OCT aber auch, dünne und transparente Lackschichten von einem Mikrometer oder mehr anhand von Querschnittsbildern zuverlässig in der Produktion zu vermessen.

In der Druckereipraxis birgt das beispielsweise einen deutlichen Vorteil: Denn bis heute gibt es auf dem Markt kein Messgerät, das auf dem Druckbogen zuverlässig und direkt prüfen kann, ob die Lackschicht eine gleichmäßige Stärke aufweist. Die Lackschichtdicke des einzelnen Druckbogens wird nur geschätzt, indem der durchschnittliche Lackverbrauch dokumentiert wird. Diese Vorgehensweise ist jedoch sehr ungenau und gibt keine Aufschlüsse über die Qualität der Beschichtung jedes einzelnen Druckbogens. Ebenso verhält es sich in anderen industriellen Anwendungen, zum Beispiel beim Auftrag von Autolack und Lackschichten zur Beschichtung verschiedenster Bauteile.

Mit OCT zum besseren Auftrag

Das Fraunhofer IPT hat im Projekt "ifSidLa - Entwicklung eines Verfahrens zur interferometrischen Schichtdickenmessung von dünnen, gedruckten Lackfilmen" ein Messsystem auf Basis der Interferometrie geschaffen, mit dem sich dünne transparente Lackschichten zuverlässig vermessen lassen. Aufgrund der flexiblen Bauweise lässt sich das System auch in die Produktion, oder genauer: in eine Auftragmaschine integrieren.

Das System besteht aus einer Lichtquelle mit einer spektralen Bandbreite von etwa 300 Nanometer. Das Licht wird zu gleichen Teilen in einen Probenarm und in einen Referenzarm gespeist. Im Referenzarm wird es von einem Spiegel zurück reflektiert. Beim Probenarm erfolgt die Reflektion an der Probe. Ein Strahlteiler führt die beiden Lichtanteile zusammen - die Überlagerung beider Lichtanteile wird in einem Spektrometer gemessen. Da der Weg des Lichts beim Referenzarm immer gleich ist, der Weg beim Probenarm durch die unterschiedlichen Proben und Probenschichten variiert, können einzelne Schichten einer Probe untersucht und Schichtdicken von bis zu einem Mikrometer gemessen werden.

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Quelle: Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie (IPT)