Berührungsfreie Dickenmessung an Kunststoffen Interferometrisch oder chromatisch-konfokal - Quality Engineering

Berührungsfreie Dickenmessung an Kunststoffen

Interferometrisch oder chromatisch-konfokal

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Der zunehmend komplexer werdende Schichtaufbau verleiht Kunststoffen erstaunliche Eigenschaften und damit neue Einsatzgebiete. Für die produktionsbegleitende Messtechnik und Qualitätssicherung ergeben sich damit neue Herausforderungen – speziell bei Materialeigenschaften wie Schichtdicke und Struktur. Die interferometrische Messtechnik erlaubt hier einseitige Schichtdickenmessungen auch komplexer Schichtaufbauten bis in den Mikrometerbereich.
Während sich die chromatisch-konfokale Messtechnik beispielsweise für Behälterglas weltweit durchgesetzt hat, stellen viele Kunststoffprodukte auf Grund ihrer geringen Dicke, ihres Schichtaufbaus oder ihrer Opazität zusätzliche Anforderungen an die Messtechnik. Hier hilft die Spektralinterferometrie. Beide Messprinzipien beruhen auf den Reflektionen des Messlichts an Grenzflächen des Materials, aus denen sich dann die Schichtdicken bestimmen lassen. Während für die chromatisch-konfokale Messmethode sehr breitbandige Lichtquellen benötigt werden, kommen für die Spektralinterferometrie typischerweise Superluminiszenz-Dioden zum Einsatz. Diese emittieren Licht im nahen Infrarotbereich und verfügen über eine sehr hohe Leuchtdichte, die das Durchleuchten auch eingefärbter Kunststoffe erlaubt.
Sowohl chromatisch-konfokale als auch interferometrische Sensoren arbeiten zudem berührungslos, was das (Inline-) Messen im Produktionsprozessen, die bei Kunststoffen durch hohe Geschwindigkeiten geprägt sind, begünstigt. Precitec Optronik bietet für beide Messtechnologien ein umfangreiches Portfolio von optischen Chrocodile-Sensoren, die Abstands- und Dickenmessungen über einen großen Messbereich an unterschiedlicher Materialien erlauben.
Ein Beispiel dafür sind Folien. In ihren technischen Eigenschaften in weiten Grenzen einstellbar, eignen sie sich als Kartenfolie für Scheckkarten oder Folientastaturen. In der Verpackungsindustrie eingesetzte Folien lassen sich schweißen oder bedrucken. Wiederum andere Basismaterialien verleihen Folien spezielle Wärme- und Alterungsbeständigkeit. Diese Folien schützen unter anderem Solarzellen vor äußeren Einflüssen.
Eine einfache Mehrschichtstruktur ist beispielsweise ein Klebefilm, der aus zwei Schichten beseht: Einer Klebeschicht und der Basisfolie. Der Trend geht zu Folien mit immer mehr Schichten, und das hat handfeste Gründe: Je mehr Schichten eine Folienstruktur besitzt, desto besser können auch ihre Eigenschaften konfiguriert werden. Darüber hinaus gilt, dass die Dicke der produzierten Folien mit wachsender Schichtzahl reduziert werden kann, gleichbedeutend mit einer Materialeinsparung in der Produktion. Daher ist die genaue Kenntnis der Schichtdicken und die damit verbundene Messtechnik wesentlich für die Qualität des Endprodukts.
Interferometrische Messsysteme erlauben Schichtdickenmessungen an mehrschichtigen Folien von wenigen Mikrometern bis in den Millimeterbereich. Dabei werden alle Schichten zum gleichen Zeitpunkt gemessen. Da diese Messungen von nur einer Seite her erfolgen können, sind Inline-Messungen im Produktionsablauf relativ einfach zu realisieren. Die für die Messungen benötigten Messköpfe sind sehr kompakt, was den Einbau erleichtert und auch traversierende Positionssysteme ermöglicht. Diese verfahren die Messköpfe quer zur Vorschubrichtung der Folien. Auf diese Weise kann die Folie über den ganzen Materialbereich gemessen werden. Ein großer Vorteil der interferometrischen Messmethode ist jedoch ihre hohe Tolerierung von Schwankungen im Messabstand selbst. Die den Sensor in hoher Geschwindigkeit passierende Folienbahn kann dabei in weitem Maße flattern, ohne dass dieser Umstand Einfluss auf die Genauigkeit der Messungen hat.
Wandstärkenmessungen sogar an eingefärbten PET-Flaschen
Bei PET-Flaschen arbeitet die Industrie heute vornehmlich an einer Verringerung der Wandstärke, die maßgebliche Voraussetzung für eine Reduzierung des Materialeinsatzes und die Verringerung des Transportaufwands. Dabei gewinnt auch hier die Wandstärkenmessung an Bedeutung. Die Chrocodile-Sensoren liefern bei Messraten bis zu 70 000 Hz selbst bei eingefärbten Materialien beeindruckende Messergebnisse. Der Messfleck weist nur wenige hundertstel Millimeter Durchmesser auf, so werden auch kleinste Fehlstellen entdeckt. Von Vorteil ist auch hier, dass der Messabstand größer gewählt werden kann und die Messungen selbst bei Abstandsschwankungen sicher funktionieren.
In vielen anderen Anwendungsfällen wird die interferometrische Messtechnik eingesetzt; so zur Messung der Wandstärke von Balloons für die Angioplastie, der Erweiterung oder Wiedereröffnung von verengten oder verschlossenen Blutgefäßen. Die Wandstärken von Einwegspritzen aus Kunststoff werden interferometrisch gemessen, ebenso die Antikratzbeschichtung von Kunststoffbrillengläsern. Auch bei der Dickenkontrolle von Folien für Head-up-Displays hat sich dieses Messverfahren bewährt. ■
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