Forschungsprojekt "Scan4Coat"

Das durch die IGF geförderte und von der DFO koordinierte und organisierte Forschungsvorhaben "Fluoreszenzscanner für die ortsaufgelöste und quantitative Inline-Detektion filmischer Verunreinigungen zur Qualitätssicherung in Beschichtungsprozessen" ("Scan4Coat") umfasst sowohl Fragestellungen aus der optischen Messtechnik als auch aus den Bereichen Reinigungstechnik, Probenpräparation und chemischer Analytik.

Die industrielle Teilereinigung dient u. a. der Vermeidung störender filmischer Verunreinigungen vor Beschichtungs- oder Lackierprozessen. Da die Oberflächen nach dem Prozess nicht mehr zugänglich sind, muss die Qualitätssicherung inline erfolgen. An dieser Stelle fehlen geeignete Verfahren, da die verfügbaren quantitativen Messungen weder ortsaufgelöst noch inline-fähig sind und die ortsauflösenden Verfahren nur qualitative Aussagen ermöglichen. Es gibt daher einen erheblichen Bedarf an Systemen zur ortsaufgelösten und quantitativen Messung filmischer Verunreinigungen in Reinigungslinien, um Reklamationen zu vermeiden und Prozesse hinsichtlich Kosten, Durchlaufzeit und Chemikalienverbrauch zu optimieren.

Diese Lücke in der Qualitätssicherung soll durch dieses Projekt über die Entwicklung eines fluoreszenzoptischen Scanners geschlossen werden, der in Kombination mit einem 3D-Messsystem zur physikalischen Modellierung des Fluoreszenzsignals erstmals ortsaufgelöste und quantitative Messungen von filmischen Verunreinigungen auf metallischen Oberflächen in nasschemischen oder mechanischen Reinigungsprozessen ermöglicht. Zur Qualifikation für ein großes Marktsegment muss ein relevantes Materialspektrum einschließlich zugehöriger Anforderungen identifiziert und fluoreszenzoptisch charakterisiert werden. Da die relevanten Restverschmutzungen (Öle und Fette) zumeist nicht langzeitstabil sind, müssen auch Verfahren zur Herstellung von Prüfstandards entwickelt werden, um die jeweiligen Materialien in niedriger Konzentration und homogen verteilt auf Proben applizieren zu können.

Kurzzusammenfassung zu den erzielten Projektergebnissen

Eines der wesentlichen Ergebnisse des Forschungsprojekts ist die Quantifizierung der Fluoreszenzmesstechnik mithilfe der Kohlenstoffverbrennungsanalyse im Bereich < 50 mg/m² Restverunreinigung. Die Nachweisgrenze wurde dabei für verschiedene Stoffsysteme zu typischer Weise < 10 mg/m² Restverunreinigung bestimmt. Dies entspricht Schichtdicken von wenigen Nanometern. Diese herausragende Empfindlichkeit sowie die Quantifizierbarkeit der bildgebenden Fluoreszenzmesstechnik bei geringsten Restverunreinigungen bilden die Grundlage für die Anwendung dieser Technologie im Allgemeinen.

Darüber hinaus konnte ein einfaches und universelles Kalibrierverfahren entwickelt werden, welches Anwender selbst durchführen können. Die damit mögliche „In-house-Kalibrierung“ beliebiger Verunreinigungen und Oberflächen, ohne aufwändige und kostenintensive Messungen in Prüflabors, ist besonders für mittelständische Unternehmen interessant.

Außerdem wurde ein Verfahren zur Korrektur der Fluoreszenzmessung hinsichtlich der Geometrie und der Lage der erfassten Bauteile entwickelt. Damit lässt sich die empfindliche Messtechnik zur Prüfung der technischen Sauberkeit auf große und komplex geformte Bauteile wie z.B. aus den Bereichen Bau, Automotive oder Aerospace anwenden.

Als sehr effektive Methode zur Feinstreinigung von Metallbauteilen hat sich innerhalb des Projekts die Kombination von Plasmareinigung und bildgebender Fluoreszenzmessung herausgestellt. Diese kann zur bedarfsgerechten Reinigung für höchste Sauberkeitsansprüche genutzt werden, z.B. an kritischen Stellen wie Klebflächen von Funktionsbauteilen.

Das IGF-Forschungsvorhaben (20500 BG) der Forschungsvereinigung DFO e.V. wird über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung und –entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.