Projekte

BEST

Berührungslose Schichtdickenmessung mittels Terahertz-Messtechnik (BEST)

Programm: KMU-innovativ: Produktionsforschung
Bekanntmachung: KMU-innovativ (bis 2015)
Wettbewerb: 03. Runde, Stichtag 15.10.2008

Kurzbeschreibung:
Im Projekt BEST wurde der Einsatz von Terahertz-Wellen zur Bestimmung der Dicke von Schichtsystemen auf nichtmetallischen Substraten untersucht. Dabei steht in erster Linie die Algorithmik im Vordergrund, die die Besonderheiten der Schichtsysteme und der verwendeten Messtechnik berücksichtigt. Ergebnis des Projektes ist die Entwicklung und Validierung eines Demonstrator-Messystems zur Bestimmung von Schichtdicken auf Nichtmetallen.

Projektdauer: 01.04.2009 − 30.06.2011

Projektkoordinator:
Dr. Volker Feige
Automation Dr. Nix GmbH & Co. KG
Telefon: +49 221 917455-40
E-Mail: v.feige@automation.de

Ansprechpartner bei PTKA:
Dipl.-Ing. Barbara Mesow
Telefon: +49 721 608-31428
E-Mail: barbara.mesow@kit.edu

Detaillierte Projektbeschreibung

2. P2. Problemstellung
Zunehmend werden im Automobil- und Flugzeugbau Komponenten auf Basis von Kunststoffen oder Faserverbundwerkstoffen eingesetzt, deren ökonomische Bedeutung in Zukunft stark steigen wird. Auch Faserverbundwerkstoffe benötigen hochwertige Beschichtungen zum Schutz vor Umwelteinflüssen, um strukturelle Beschädigungen z.B. nach Eindringen von Wasser zu vermeiden. Hier werden hohe Anforderungen an die Einhaltung korrekter Schichtdicken gestellt. Darüber hinaus gibt es weitere ungelöste Probleme in der Messung von Beschichtungen auf anderen nichtmetallischen Werkstoffen, wie beispielsweise auch auf Beton und Keramiken. Es gibt bisher keine ausgereifte und kommerziell erhältliche Messtechnik, die Schichten wie Farb- oder Lackschichten auf diesen nichtmetallischen Grundkörpern zuverlässig zerstörungsfrei und berührungslos messen kann.
3. Projektziele
Ziel des Projektes war es, Terahertz basierende Messverfahren derart weiter zu entwickeln, dass als Ergebnis ein Messsystem zur Verfügung steht, das für die Online-Bestimmung von Schichtdicken in Produktionsprozessen eingesetzt werden kann. Als Ergebnis des Projektes entstand ein prototypisches System zur Schichtdickenmessung, das die Möglichkeit der berührungsfreien Schichtdickenmessung auf nicht-metallischen Untergründen demonstriert.
4. Vorgehensweise
Lösungsansatz war der Einsatz von Terahertz-Messtechnik. Ähnlich der Ultraschalltechnik, erlaubt diese Technik eine Schichtdickenbestimmung. Auf der Basis einer präzisen Analyse der exakten Problemstellung hinsichtlich der zu untersuchenden Materialkombinationen wurden geeignete Muster sowohl mit Terahertz-Wellen als auch mit anderen Methoden charakterisiert. Aufbauend auf den Erkenntnissen kann - unterstützt durch Simulationen und Modellbildung - die Entwicklung geeigneter Algorithmen durchgeführt werden, die letztendlich zum Kern des Messsystems werden. Um die notwendige Kompetenz im Bereich der Terahertz-Technik sicherzustellen, wurde das Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik als Forschungs- und Entwicklungspartner eingebunden.
5. Ergebnisse und Anwendungspotenzial
Am Projektende wurde ein Demonstrator-Messsystem realisiert, das die berührungslose Schichtdickenmessung auf nicht-metallischen Substraten ermöglicht. Dieses am Projektabschluss zur Verfügung stehende System auf Basis des entwickelten Softwarepakets bildet die Grundlage für die Verwertung von Terahertz-Systemen zur berührungslosen Schichtdickenmessung. Die im Laufe des Projektes erworbenen Erkenntnisse und entwickelten Methoden können auf jedes Terahertz-System übertragen werden, sofern dieses mit der Kurzpulstechnik arbeitet. Da über den Einsatz in der Schichtdickenmessung hinaus weitere Anwendungen für die entwickelten Verfahren absehbar sind, werden in Zukunft weitere Anwendungspartner für entsprechende Anpassungen und Weiterentwicklungen einbezogen. Der Einsatz einer terahertz-basierenden Schichtdickenmessung eröffnet für die Anwender durch die Reduzierung von Ausschuss und die Ersparnis von Zeit erhebliche Wertschöpfungsvorteile.

Publikationen

Berührungslose Mehrlagen-Schichtdickenmessung industrieller Beschichtungen mittels THz-Messtechnik
Autor: Feige, V.; Berta, M.; Nix, St.; Ellrich, F.; Jonuscheit, J.; Beigang, R.
Verlag: Oldenburg Wissenschaftsverlag
Erscheinungsjahr: 2012
Beschreibung: In vielen Industriebereichen ist der Schutz von nicht-metallischen Substraten, wie z.B. Kunststoff, Holz und Beton, durch die aufgebrachten Beschichtungssysteme entscheidend. Nur wenn die richtigen Schichtdicken aufgetragen sind, existiert ein optimaler Schutz der Substrate. Zur Sicherstellung der exakten Schichtdicken und zur Defekterkennung werden zerstörungsfreie Messtechniken eingesetzt, wobei berührungslose Terahertz-basierende Messprinzipien ein hohes Anwendungspotential versprechen. Elektromagnetische Wellen mit Wellenlängen von 50 bis 300µm durchdringen elektrisch nicht leitfähige Beschichtungen und ermöglichen vielfältige Analysemethoden aufgrund der charakteristischen komplexen Brechungsindizes im Terahertz-Frequenzspektrum. Schichtdickenmessungen wurden für faserverstärkte Kunststoffe mit elektromagnetischen Pikosekunden-Impulsen erforscht. Die spektralen Materialeigenschaften berücksichtigend werden Algorhithmen zur Schichtdickenbestimmung in Mehrlagen-Systemen vorgestellt.

Projektträger

Projektträger Karlsruhe (PTKA)
Produktion, Dienstleistung und Arbeit
Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

Hermann-von-Helmholtz-Platz 1
76344 Eggenstein-Leopoldshafen

+49 (0)721 608-25281
+49 (0)721 608-992003

info@ptka.kit.edu
Standort Dresden
PTKA

Ansprechpartner

Sekretariat Karlsruhe

Susanne Zbornik

+49 (0)721 608-25281
susanne.zbornik@kit.edu

Sekretariat Standort Dresden

Heike Blumentritt

+49 (0)721 608-31435
heike.blumentritt@kit.edu