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Dokumentenidentifikation DE102005040190A1 01.03.2007
Titel Vorrichtung und Verfahren zur Überprüfung von Lackmaterialien auf ihre Qualität
Anmelder DaimlerChrysler AG, 70567 Stuttgart, DE;
OptoPrecision GmbH, 28359 Bremen, DE
Erfinder Reichenberg, Walter, Dipl.-Ing., 28876 Oyten, DE;
Nägele, Martin, Dr., 28359 Bremen, DE
DE-Anmeldedatum 25.08.2005
DE-Aktenzeichen 102005040190
Offenlegungstag 01.03.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 01.03.2007
IPC-Hauptklasse G01N 21/88(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse G01B 11/30(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   
Zusammenfassung Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überprüfung der Homogenität von applizierten Lackschichten zur Qualitätskontrolle von Lacken. Dabei wird die Lackschicht unter Produktionsbedingungen auf eine Folienoberfläche mit niedriger Oberflächenspannung aufgebracht, um Grenzbedingungen für die Schichtbildung einzustellen. Die Homogenität der so erzeugten Schicht wird z. B. im Durchlicht optisch beurteilt. So werden Krater- oder Stippenbildung sowie Anballungen und grobe Tropfenbildung sichtbar. Die Inspektion der Lackschicht kann sowohl visuell als auch automatisch durch ein Bildverarbeitungssystem erfolgen. Die Folie kann danach einfach entfernt werden.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Überprüfung von Lackmaterialien auf ihre Qualität, nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art. Ferner betrifft die Erfindung eine Verfahren zu selben Zweck, nach der im Oberbegriff von Anspruch 7 näher definierten Art.

Die Überprüfung von Lackmaterialien auf ihre Qualität erfolgt heute typischerweise so, dass Probeflächen lackiert und optisch auf ihre Qualität untersucht werden. Dabei wird insbesondere die Homogenität der so erzeugten Schicht, z.B. im Durchlicht, optisch beurteilt. Außerdem werden, insbesondere im Durchlicht, Krater- oder Stippenbildung, sowie Anballungen und grobe Tropfenbildung sichtbar. Diese Inhomogenitäten bzw. Fehlstellen sind in der Regel auf Qualitäts- und Materialfehler zurückzuführen, die insbesondere bei der Automobillackierung und in der Zulieferindustrie extrem störend sind.

Die Überprüfung der Lackmaterialien auf die genannten Fehlerarten ist für eine Qualitätssicherung bisher sehr aufwendig, da im Labor nur wenige Quadratmeter auf Vergleichsuntergründe lackiert werden können. Bisher kommen hierfür typischerweise Glas- oder Stahlplatten als Substrate zum Einsatz. Um die notwendige Prozesssicherheit zu gewährleisten müsste jedoch eine Fläche in der Größenordnung des Produktionsgutes lackiert werden. Die Oberfläche eines Fahrzeuges kann jedoch je nach Typ bis über 30 m2 betragen.

Zur optischen Oberflächenuntersuchung können dabei neben der rein visuellen Begutachtung durch eine Person gemäß dem Stand der Technik auch (teil-)automatisierte Verfahren, wie z.B. in der DE 1 548 263 beschrieben, und/oder bildverarbeitende Verfahren, wie z.B. in der DE 42 29 349 beschrieben, eingesetzt werden.

Aus dem allgemeinen Stand der Technik sind ferner Verfahren bekannt, bereits lackierte Oberflächen der Endprodukte auf ihre Qualität zu beurteilen. So werden lackierte Karosserien z.B. in der DE 37 12 513 C2 mittel optischen Verfahren automatisiert untersucht. Diese Untersuchung eignet sich jedoch nur dazu qualitativ schlechte Endprodukte auszusondern oder nachzubessern. Eine ökonomisch viel sinnvollere Sicherung der Qualität durch eine Qualitätskontrolle der eingesetzten Lackmaterialien vor deren Verarbeitung ist damit nicht möglich.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, eine Vorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, die es ermöglichen, einfach und effizient eine Fläche in der Größenordnung des Produktionsgutes zu lackieren und die Lackqualität hinsichtlich der notwendigen Prozesssicherheit zu überprüfen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Vorrichtung gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 7 gelöst.

Dabei wird die Lackschicht unter Produktionsbedingungen auf eine Folienoberfläche mit niedriger Oberflächenspannung aufgebracht, um Grenzbedingungen für die Schichtbildung einzustellen. Die Homogenität der so erzeugten Schicht wird optisch beurteilt. Dadurch werden Krater- oder Stippenbildung, sowie Anballungen und grobe Tropfenbildung sichtbar. Aufgrund der erfindungsgemäßen Verwendung der Folie kann durch eine Zuführung neuer Folie und eine beliebige Anzahl von Wiederholungen der Lackierung der jeweiligen Folie auf der Testoberfläche die untersuchte Gesamtfläche einfach und effizient beliebig erhöht werden. So lassen sich auch geringe Wahrscheinlichkeiten für das Auftreten der Krater-, Stippenbildung sicher nachweisen.

Der Erfindung ermöglicht somit eine schnelle und effiziente Überwachung der Materialeigenschaften von Lacken unter Produktionsbedingungen. Damit können auch über kleine Stichproben hinausgehende flächendeckende Qualitätskontrollen einfach und effizient durchgeführt werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie aus dem nachfolgend anhand der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel.

Dabei zeigt die einzige beigefügte Figur eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einer schematischen Darstellung.

In der einzigen beigefügten Figur ist eine Applikationseinrichtung 1 zu erkennen, mittels welcher der hinsichtlich seiner Qualität zu beurteilende Lack auf eine Testoberfläche 2 appliziert wird. Als Applikationseinrichtungen 1 kommen beispielsweise analog zum jeweiligen Produktionsprozess Spritzpistolen oder Rotationszerstäuber mit Zerstäuberglocken zum Einsatz.

Die Testoberfläche 2 selbst kann dabei entweder opak oder bevorzugt optisch transparent ausgebildet sein. Erfindungsgemäß liegt über der Testoberfläche 2 eine Folie 3, auf welche die Applikation des Lacks erfolgt. Die Folie 3 wird nach der Untersuchung der Oberfläche dann als Verschleißteil entfernt bzw. abtransportiert. Hierzu dienen entsprechende Einrichtungen 4, eine Bereitstellungseinrichtung und eine Aufnahmeeinrichtung für die Folie 3. Die Einrichtungen 4 können z.B. als Ab- bzw. Aufrolleinrichtung ausgebildet sein. Um ein Flattern der Folie 3 während der Applikation zu vermeiden, können die Einrichtungen 4 außerdem Mittel, wie z.B. Bremsen, Motoren oder Rückdrehsicherungen, aufweisen, um die Folie 3 auf der Testoberfläche 2 unter Spannung zu halten. Daneben kann es ferner vorgesehen sein, die Testoberfläche 2 bzw. die sie unmittelbar umgebenden Bereiche mit Mitteln zu versehen, die die Folie 3 durch Unterdruck ansaugen. Somit kann ein Flattern der Folie 3 sicher vermieden werden.

Die Testoberfläche 2 kann, wie bereits erwähnt, optisch transparent ausgebildet sein. Somit ist mittels einer Lichtquelle 5 eine Durchleuchtung der aufgrund ihrer Schichtstärke zumindest eine Resttransparenz aufweisenden Folie 3 mit der darauf applizierten Lackschicht möglich. Im Durchlicht können so sehr einfach und effizient Fehlstellen im applizierten Lack, welche als Abweichung von der Homogenität auffallen, erfasst werden.

Die Testoberfläche 2, die Folie 3 und/oder die Einrichtungen 4 können außerdem über elektrisch leitende Elemente (z.B. Beschichten, Fasern etc.) verfügen. Hierdurch können bei bedarf z.B. elektrischen Felder angelegt oder eine statische Aufladung (z.B. durch Erdung) abgeleitet werden. Um die gesamte Vorrichtung und insbesondere die Unterseite der Testoberfläche 2 sowie die Lichtquelle 5 vor Verschmutzungen durch Overspray etc. zu schützen, ist diese in einem Gehäuse 6 untergebracht.

Die Nutzung der Vorrichtung erfolgt dabei bevorzugt, nicht jedoch darauf eingeschränkt, in der nachfolgend beschriebenen Art und Weise.

Durch die Vorrichtung kann der Applikationseinrichtung 1 die zu lackierende Oberfläche als Folie 3 in Form, Lage, Abstand und ggf. weiteren Prozessparametern vergleichbar mit dem Produktionsprozess dargeboten werden. Damit stellen sich Verhältnisse zwischen Applikationseinrichtung 1 und der Vorrichtung vergleichbare Parameter wie im Produktionsprozess ein. Die zu lackierende Testoberfläche 2 ist dabei durch die Folie 3 geschützt, welche von einer Bereitstellungseinrichtung 4, z.B. einer Vorratsrolle, aus über die Testoberfläche 2 gebracht wird. Die Testoberfläche 2 bzw. die darüber liegende Folie 3 wird nun mit der Applikationseinrichtung 1 in einem definierten Rhythmus (z.B. 1–2 Kreuzgänge) beschichtet. Nach der Beschichtung kann die Untersuchung der Oberfläche erfolgen. Dabei können die applizierten Lacke, insbesondere bei der Durchleuchtung, bereits im Nasszustand auf Fehler beurteilt werden. Die Folie 3 über der Testoberfläche 3 kann zum Beispiel ca. ein Quadratmeter groß sein und wird nach der Untersuchung auf die Aufnahmeeinrichtung 4, z.B. eine Gegenrolle, aufgewickelt. Die Testoberfläche 2 erhält hierdurch eine neue unbeschichtete Folie 3 aus der Bereitstellungseinrichtung 4 und die beschriebenen Schritte können wiederholt werden. Das Verfahren erlaubt somit eine schnelle und effiziente Untersuchung auch von sehr großen Flächen.

Damit die Folie 3 beim Applizieren durch den Spritzdruck nicht flattern kann, wird sie zum Einen durch die beiden Einrichtungen 4 stramm gezogen und zusätzlich über einen Unterduckrahmen um die Testoberfläche 2 angesaugt. Statische Ladungen werden über entsprechend leitfähige Walzen, z.B. in den Einrichtungen 4, die Folie 3 oder die Testoberfläche 2 z.B. über eine integrierte leitfähige Ebene, abgeführt werden. Die Lauflänge der Folie 3 kann frei gewählt werden. Typischerweise kommen Folienrollen mit 200 m bis 500 m zum Einsatz. Hiermit ist gewährleistet, dass mit diesem Verfahren große Flächen beschichtet und untersucht werden können, wie es z.B. in der Automobilindustrie notwendig ist, da die zu lackierende Oberfläche einer Karosserie je nach Typ 20–30 m2 betragen kann.

Der Vorteil dieses Verfahrens liegt darin, dass ein sauberer, genau definierter Untergrund vorliegt, der automatisch weiterbewegt werden kann. Andere Substratuntergründe wie Glasplatten oder Stahlplatten etc. erlauben kein rationelles Beschichten und produzieren Abfallberge.

Der Folientyp kann selbstverständlich ebenfalls frei gewählt werden, (PE, PP, PES, PVC, Aluminiumfolie, dann ohne Durchleuchtung), sollte jedoch das vorher festgelegte Testprofil erfüllen. Die Oberflächenspannungen der Folien werden in mN/m angegeben und reichen von 30–50 mN/m. Empfehlenswert ist es jedoch, immer eine möglichst niedrige Oberflächenspannung zu wählen (34–38 mN/m), damit sichtbar wird, innerhalb welcher Verarbeitungsbandbreite die Lacke noch zu verarbeiten sind. Benetzungsstörungen durch das Lackmaterial in kritischen Bereichen bei der Karossenlackierung, wie die Falzbereiche, können hiermit als Qualitätskriterium ebenfalls im Vorfeld erkannt werden.

Die Untersuchung der Oberfläche erlaubt es dabei auf optische Art Fehlstellen in dem applizierten Lack festzustellen. Fehlstellen sind alle Lackbereiche auf der Folie 3, die nicht homogen erscheinen. Fehlstellen können Krater in der Beschichtung sein, die durch die Hintergrundbeleuchtung besonders prägnant hell erscheinen, da die Lackschichtdicke hier deutlich reduziert ist. Fehlstellen können jedoch auch Anballungen sein, die sich als dunkle Stippen abzeichnen können. Zur dieser optischen Untersuchung der Oberfläche können dabei neben der rein visuelle Begutachtung durch eine Person auch automatisierte Bildverarbeitende Verfahren eingesetzt werden. Dabei nimmt ein Bildgebendes System (Scanner, Kamera etc.) die Testfläche nach der Applikation des Lackes auf. Inhomogenitäten können somit über gängige Bildverarbeitungsalgorithmen erfasst und visualisiert werden.

Bei entsprechend automatischer Applikation des Lackes und automatischer Weiterförderung der Folie, lässt sich somit ein voll- oder teilautomatisiertes System, je nach Anforderung/Wunsch, schaffen.

Ferner ist es möglich auf die Durchleuchtung oder zumindest die Lichtquelle 5 zu verzichten. Zur Beleuchtung der Testoberfläche wird dann bereits vorhandenes Umgebungslicht genutzt. Eine eventuell ungleichmäßige Beleuchtung wird mit einem ersten Bild zu Beginn der Untersuchung (noch vor der ersten Lackapplikation) aufgezeichnet. Die Bildverarbeitung der nachfolgenden Bilder erfolgt dann so, dass die erfassten Bilddaten durch Quotientenbildung mit diesem ersten Bild korrigiert werden.

Speziell für Klarlacke kann dabei die Lichtquelle 5 auch als UV-Lichtquelle ausgebildet sein. Für eine die Untersuchung durchführende Person lassen sich so auch Inhomogenitäten in Klarlacken erkennen. Bei der (teil-)automatisierten Untersuchung reicht es dabei aus, lediglich den, meist ohnehin immer vorhandenen UV-Anteil im Licht der Lichtquelle 5, auszuwerten. Auch so kann Qualität der Fläche von Klarlackschichten beurteilt werden.

Die vorliegende Erfindung betrifft also ein verfahren und eine Vorrichtung zur Überprüfung der Homogenität von applizierten Lackschichten zur Qualitätskontrolle von Lacken. Dabei wird die Lackschicht unter Produktionsbedingungen auf eine Folienoberfläche mit niedriger Oberflächenspannung aufgebracht, um Grenzbedingungen für die Schichtbildung einzustellen. Die Homogenität der so erzeugten Schicht wird z.B. im Durchlicht optisch beurteilt. So werden Krater- oder Stippenbildung, sowie Anballungen und grobe Tropfenbildung sichtbar. Die Inspektion der Lackschicht kann sowohl visuell als auch automatisch durch ein Bildverarbeitungssystem erfolgen. Die Folie kann danach einfach entfern werden.


Anspruch[de]
Vorrichtung zur Überprüfung von Lackmaterialien auf ihre Qualität, mit einer lackierbaren Testoberfläche, gekennzeichnet durch eine Bereitstellungseinrichtung (4) und eine Aufnahmeeinrichtung (4) für eine Folie (3), wobei die Testoberfläche (2) so angeordnet ist, dass die Folie (3) diese abdeckt. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Testoberfläche (2) optisch transparent ausgebildet ist. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Lichtquelle (5) vorhanden ist, mittels welcher die optische transparente Testoberfläche (2) durchleuchtbar ist. Vorrichtung Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie (3), die Bereitstellungseinrichtung (4), die Aufnahmeeinrichtung (4) und/oder die Testoberfläche (2) elektrisch leitfähige Elemente aufweisen. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bereitstellungseinrichtung (4) und/oder die Aufnahmeeinrichtung (4) Mittel aufweisen, die Folie (3) auf der Testoberfläche (2) zu spannen. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Testoberfläche (2) Mittel angeordnet sind, die Folie (3) durch Unterdruck anzusaugen. Verfahren zur Überprüfung von Lackmaterialien auf ihre Qualität, wobei eine Testoberfläche lackiert und anschließend optisch auf ihre Qualität untersucht wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Testoberfläche (2) vor der Lackierung mittels einer Folie (3) abgedeckt wird, und dass die Folie (3) nach der Untersuchung der Qualität der lackierten Folie (3) auf der Testoberfläche (2) von der Testoberfläche (2) wieder entfernt wird. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie (3) aus einer Bereitstellungseinrichtung (4) zugeführt und nach der Untersuchung der Qualität in eine Aufnahmeeinrichtung (4) abgeführt wird. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Untersuchung der Qualität der lackierten Folie (3) auf der Testoberfläche (2) im Durchlicht erfolgt. Verfahren nach Anspruch 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Untersuchung der Qualität der lackierten Testoberfläche (2) durch ein Bildverarbeitungssystem erfolgt. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Bildverarbeitungssystem die Homogenität der Transmission der lackierten Folie (3) auf der Testoberfläche (2) erfasst und auswertet. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Untersuchung bei vorhandenem Umgebungslicht erfolgt, wobei das Bildverarbeitungssystem vor dem Lackieren der Folie (3) auf der Testoberfläche (2) ein Referenzbild erfasst und das erfasste Bild der lackierten Folie (3) auf der Testoberfläche (2) mit dem Referenzbild abgleicht, um durch die Beleuchtung bedingte Fehlerstellen auszusondern. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Untersuchung in der Art erfolgt, dass lediglich die UV-Anteile des Lichts ausgewertet werden.






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