Oberflächenreinigung Dem Schmutz keine Chance: Bauteile inline überprüfen

Fraunhofer-Forscher haben einen Fluoreszenzscanner entwickelt, mit dem Bauteile automatisiert und während der Fertigung auf Restverschmutzungen hin untersucht werden können. Die Schmutzpartikel sollen sich dabei genau lokalisieren lassen.

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Hartmetall-Werkzeugfabrik Paul Horn GmbH

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Weil Technology GmbH

Fraunhofer-Gesellschaft z.För. d. angewandten Forschung e.V.

Fraunhofer-Institut für Physikalische Meßtechnik IPM

Manchmal sind sie nicht einmal mit bloßem Auge zu erkennen: winzige Schmutzpartikel, die bei der Fertigung von Bauteilen auf deren Oberflächen haften bleiben. Dennoch können sie negative Auswirkungen auf die Funktionstüchtigkeit der Bauteile oder deren weiteren Fertigungsprozess haben. Sitzen beispielsweise Ölverunreinigungen an einer Stelle, auf die später eine Dichtmasse aufgetragen werden soll, hält die Dichtung dort höchstwahrscheinlich nicht und wird folgerichtig durchlässig sein.

Bauteile auf Öl, Späne und Reinigungsmittelrückstände inline untersuchen

Bisher war es technisch nicht möglich, jedes einzelne Bauteil, das die Produktion durchläuft, auf Restverschmutzungen hin zu überprüfen. Vielmehr wurden vereinzelt Stichproben genommen, die jedoch relativ viel Zeit für sich beanspruchen und zudem keine Aussage darüber ermöglichen, wo genau sich die Verunreinigung befindet. Das Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik IPM in Freiburg hat hier einen Bedarf erkannt und einen Fluoreszenzscanner, den F-Scanner, entwickelt. Damit soll es erstmals möglich werden, metallische Bauteile im Fertigungsprozess bildgebend auf Öl, Späne oder Reinigungsmittel zu untersuchen. „Mit dem Scanner können wir nicht nur jedes einzelne metallische Bauteil inline vermessen – also direkt während der Fertigung, ohne zeitlichen Mehraufwand –, sondern auch genau sagen, in welchem Bereich sich Schmutzpartikel befinden“, erläutert Andreas Hofmann, Geschäftsfeldbeauftragter für Produktionskontrolle am Fraunhofer-IPM. Der Wissenschaftler ergänzt: „Dabei sind wir in der Lage, selbst kleinste Verunreinigungen oder Ölfilme von unter 10 mg pro Quadratmeter ortsaufgelöst zu identifizieren.“

Fluoreszenz verrät Schmutzpartikel

Das funktioniert folgendermaßen: Während die Bauteile auf einem Fließband von A nach B transportiert werden, strahlt ein UV-Laser darauf einen kleinen punktförmigen Bereich an. Befinden sich Öl, Reste von organischen Reinigungssubstanzen oder Fasern auf der Oberfläche, senden diese ein sichtbares Fluoreszenzlicht zurück als Antwort auf das UV-Licht des Lasers. Genau dieses Licht fängt ein Detektor auf, für alle anderen Wellenlängen ist er blind. Daher kann er die Fluoreszenzsignale der Verunreinigungen sehr empfindlich detektieren. Das metallische Bauteil selbst schickt keine Fluoreszenzstrahlen zurück. Ein Scanner sorgt dafür, dass der Laserpunkt sehr schnell über die Oberfläche saust und sie somit Punkt für Punkt abrastert. Etwa 200 Mal pro Sekunde scannt der Laserstrahl über das Objekt hinweg. Als Ergebnis erhält der Qualitätsmanager ein Bild, auf dem genau zu sehen ist, ob und wo Schmutzpartikel oder Ölfilme vorhanden sind.

Selbst die eigentlich nicht fluoreszierenden Bauteilspäne, die aus Vorverarbeitungsschritten am Prüfobjekt hängen geblieben sind, soll der F-Scanner ausmachen können. „Da die Bauteile nach der Vorverarbeitung mit Wasser oder Luft gereinigt werden, haften nur diejenigen Späne, die mit Öl oder anderen Substanzen verunreinigt sind – und diese Stoffe fluoreszieren“, sagt Hofmann. Der Einsatz des F-Scanners begrenzt sich dabei nicht allein auf metallische Bauteile – für andere Materialien sind jedoch spezifische Untersuchungen erforderlich.

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