Appearance-Qualitätskontrolle in allen Produktionsstufen Der erste Eindruck zählt - Quality Engineering

Appearance-Qualitätskontrolle in allen Produktionsstufen

Der erste Eindruck zählt

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Eine gleichbleibend hohe Lackqualität ist für PKW-Hersteller von hoher Bedeutung. Ebenso gilt es, die Kosten in der Produktion zu optimieren und die Umweltbelastung auf ein Mindestmaß zu reduzieren. Mit einem neuen konfokalen Messsystem sowie Kenngrößen für Lackierprozesse lassen sich diese Anforderungen leichter erfüllen.

Die Güte des Lackerscheinungsbilds hat ihre Ursache in der Rauheit und Struktur der Bearbeitungswerkzeuge sowie des Rohmaterials und aller darauf aufgebrachten Schichten der Lackierung. Die reine Kontrolle der Endprodukte reicht daher nicht aus, um den Prozess sicher zu optimieren und zu kontrollieren.

Der Lackierprozess findet in der Regel in vier Schritten statt: Zuerst wird eine kathodische Tauchlackierung (KTL) zum Korrosionsschutz appliziert. Darauf wird ein Füller aufgetragen, der zur Beseitigung von Unebenheiten dient. Über dem Füller folgt ein farbgebender Basislack, dem als vierte Schicht ein Klarlack folgt. In der Automobilbranche ist die Entwicklung moderner, umweltfreundlicher Lacksysteme, die auf die bisher übliche Füllerschicht verzichten, ein aktuelles Thema. Die Einsparung der Füllerschicht erhöht die Anforderungen an die Langwelligkeit des Ausgangsmaterials und der anderen Lackschichten. Damit einhergehend steigt auch der Wunsch nach einer durchgängigen Prüftechnik.
Für die Messung des Lackerscheinungsbilds hat sich in der Automobilproduktion eine bestimmte Messtechnologie als De-facto-Standard etabliert. Die Vergleichbarkeit der Welligkeitskennwerte des µsurf-Messsytems mit denen dieser Technologie ist entscheidend. Um dies zu erreichen, wurde in einem mehrjährigen Projekt von Inpro und Nanofocus in Zusammenarbeit mit Daimler, Volkswagen, Thyssenkrupp und BASF eine entsprechende Umrechnungsfunktion entwickelt und verifiziert. Diese rechnet die rein topographiebasierten Kennwerte des µsurf-Messsytems, die unabhängig von der Lackfarbe sind, in die durch Farbe und Glanz beeinflussten Kennwerte der herkömmlichen Messgeräte um. Die Umrechnungsfunktion basiert auf einer statistischen Varianzanalyse.
Die Oberflächenanalyse mit den optisch-konfokalen µsurf-Messsystemen von Nanofocus kann im Gegensatz zu anderen Messverfahren in allen Stufen der Prozesskette ansetzen. Einflussfaktoren auf die Oberflächenqualität können entlang des gesamten Produktionsprozesses ermittelt und anhand konkreter Kennwerte bewertet werden. Dies erlaubt zum einen eine prozessumfassende Optimierung und zum anderen eine verbesserte Wareneingangs- und Ausgangsprüfung.
Zur Bestimmung einer Korrelation müssen verschiedenfarbige Bleche mit einem großen Spektrum an Oberflächenwelligkeiten lackiert werden. Diese wurden mit beiden Messgeräten vermessen und die entsprechenden Kennwerte berechnet. Trägt man den Kennwert der herkömmlichen Messgeräte beispielsweise für Short Wave (SW) für die unterschiedlichen Farben der Probenbleche auf der X-Achse und den entsprechenden Kennwert des µsurf-Messsystems auf der Y-Achse auf, so ergibt sich für jede Farbe eine eigene Korrelation. Auf diesem einfachen Weg ist jedoch keine übergreifende Korrelation für alle Farben zu erzielen.
Will man eine übergreifende farbunabhängige Korrelation erreichen, sind zusätzliche Daten erforderlich. Hierzu gehören Farbkennwerte, wie sie mit einem Mehrwinkelspektrometer gemessen werden können, so wie die Dichte der Metallicplättchen bei Metallic-Lacken. Eine weitere Einflussgröße ist die Welligkeit des Basislacks. Hier kann mit der µsurf-Technologie die Basislackoberfläche durch den Klarlack hindurch vermessen werden. Die so erzeugte Korrelation erweist sich als sehr robust. Die Korrelationsaussage liefert eine gute Übereinstimmung mit den bislang gängigen Werten, sofern man innerhalb des Farbraums der Ausgangsproben interpoliert. Der Parameterraum kann durch Lackproben erweitert werden.
Der Vergleich für die aus den µsurf-Messungen ermittelten Werten mit den Werten der herkömmlichen Messgeräte ergibt eine hohe Übereinstimmung beider Systeme. Sie zeigt sich in einem Korrelationsfaktor von über 0,9. Dies gilt nicht nur für Uni-Lacke, sondern auch für Metallic-Lacke und andere Sonderlackierungen.
Die zerstörungsfreie Messung von Langwelligkeitskenngrößen von der Dressierwalze über Feinbleche bis zu den einzelnen Schichten des Lackaufbaus kann mit dem µsurf Mobile von Nanofocus direkt vor Ort erfolgen. In der Industrie werden dazu aktuell in der Regel verschiedene Messtechnologien eingesetzt. Zudem arbeiten die Konfokalsysteme materialunabhängig und erfordern keine Vorbehandlung der Oberflächen. Selbst aufliegende Partikel und Fasern sind unproblematisch und beeinflussen die Langwelligkeitskenngrößen nicht.
Das µsurf mobile kann speziell für das Erreichen hoher Messgeschwindigkeiten konfiguriert werden. Für Appearance-Messungen in der Automobilindustrie werden bis zu 50 × 0,8 mm² der Oberfläche automatisch gemessen. Dabei werden gleichzeitig bis zu 500 Profilschnitte aufgenommen. Messfelder dieser Größe erfasst µsurf mobile in wenigen Minuten. ■

Die Autoren

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Peter BannwitzLeiter Produktions-
prüftechnik
Dr. Georg Wiora
Leiter Innovations-management
Nanofocus

Webhinweis
Wie das Konfokalprinzip funktioniert, erklärt Nanofocus in diesem Video: wwww.goo.gl/c52VXtoder über den QR-Code.
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