Bauteilverschmutzung: Ölfilme, Späne und Co. anhand ihrer Fluoreszenz erkennen

| Redakteur: Dr. Anna-Lena Gutberlet

Das bildgebende Inline-Messsystem F-Scanner untersucht metallische Bauteile während der Fertigung punktgenau auf Verschmutzungen.
Das bildgebende Inline-Messsystem F-Scanner untersucht metallische Bauteile während der Fertigung punktgenau auf Verschmutzungen. (Bild: Kai-Uwe Wudtke/Fraunhofer IPM)

Haften Verunreinigungen auf der Oberfläche von 3D-Bauteilen, kann dies den weiteren Produktionsprozess erschweren. Ein Fluoreszenzscanner vom Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik IPM ermöglicht erstmals, jedes einzelne Bauteile inline zu prüfen.

Kleinste Dinge können große Auswirkungen haben: so etwa winzige Schmutzpartikel, die bei der Fertigung von Bauteilen auf ihrer Oberfläche kleben. 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.

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.“

Das Prinzip: Während beispielsweise 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.

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.

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