Qualitätssicherheit dank Schichtdickenmesstechnologie
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Messen und Prüfen I Schichtdickenmessung
Qualitätssicherheit dank
Schichtdickenmesstechnologie
Mit seiner Pulverbeschichtungsanlage erfüllt ein Lohnbeschichter auch die sehr hohen
Qualitätsanforderungen der Automobil-Branche. Ein hoher Automatisierungsgrad und die
Schichtdickenprüfung ermöglichen es, die Anlagen ressourceneffizient zu betreiben – bei
sehr guter Qualität und geringeren Kosten.
Was 1990 als kleine Garagenfirma mit der optimieren kann“, erklärt Firmengründer schichteter Teile oder eine Entsorgung zu
Pulverlack-Handbeschichtung begann, hat Bernd Biedermann. „Dazu benötigten sparen, erschien es sinnvoll, die Schichtdi-
sich inzwischen zu einem hochmodernen, wir auch eine erstklassige Qualitätssiche- cke direkt nach der Pulverlackapplikation,
vollautomatisierten Lackierzentrum entwi- rung.“ Denn kaum eine Branche stellt so noch vor dem Einbrennen zu messen. Die
ckelt. ILB Industrielackierung Biedermann hohe Anforderungen an Oberflächen wie Vorteile liegen auf der Hand: ILB kann so
investierte in den vergangenen Jahren in die Automobilhersteller. Hinzu kommt, die Beschichtungsparameter optimieren,
die nasschemische Vorbehandlung, das dass Anbauteile an Autos über lange Zeit Fehler vermeiden und die Qualität stei-
innovative Nasslackzentrum, das eigene sehr hohen Beanspruchungen durch Hitze, gern. „Da die Beschichtungsdicke eine
Labor und den modernen Pulverbeschich- Kälte, Nässe, Steinschlag, Salz und UV- funktionskritische Kenngröße ist, müssen
tungskomplex. Das Unternehmen lackiert Strahlung ausgesetzt sind. Gleichzeitig alle Arten von Beschichtungsfehlern wie
– sowohl via Nasslack als auch mit Pulver verbergen die Blech- und Kunststoffteile ungleichmäßiger Pulverauftrag, Kratzer,
– heute mehrere Millionen Teile pro Jahr, unter der makellosen Außenhaut nicht sel- Risse oder eingeschlossene Fremdpartikel
die weltweit zum Einsatz kommen. „Uns ten komplexe Bauelemente. zuverlässig erkannt werden”, erklärt Bie-
war klar, dass nur eine vollständige Auto- Um sich teure, aufwändige Prozesse wie dermann.
matisierung der Beschichtung die Qualität Überbeschichten, das Entlacken fehlbe-
Schichtdickenprüfsystem gesucht
Deshalb sondierte ILB den Markt der
Schichtdickenmesssysteme. Damals – im
Jahr 2005 – gab es fast ausschließlich kon-
taktbehaftete Systeme, die auf der Lack-
schicht aufsetzen. „Damit hätten wir aber
erst nach dem Einbrennen messen kön-
nen, denn erst dann ist der Pulverlack aus-
gehärtet. Doch die Bandstrecke, die unsere
eingebrannten Teile zurücklegen, ist sehr
lang. Bis eine kontaktbehaftete Messung
nach dem Aushärten endlich Ergebnisse
liefert, gibt es viel zu viel Ausschuss. Wir
wollten deshalb unbedingt eine berüh-
rungslose Schichtdickenmessung“, erin-
nert sich Biedermann.
Allerdings sorgten die kurzen Taktzeiten
© Optisense
und die sehr beengten Platzverhältnisse
bei diesem Projekt für ganz besondere He-
rausforderungen. Bei fast keinem Anbieter
Damit die Qualität selbst bei anspruchsvollsten Pulverbeschichtungsaufträgen der Automobil- waren Sensoren für diese anspruchsvolle
industrie stimmt, wird bei sämtlichen Anlagen ein Schichtdickenprüfsystem eingesetzt. Messaufgabe verfügbar. Nach intensiven
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Recherchen wurde ILB auf die photother-
mischen Paintchecker-Modelle von Opti-
sense aufmerksam und kam mit dem Her-
steller aus Haltern am See ins Gespräch.
In nur drei Monaten zum fertigen
System
„Das war auch für uns eine spannende
neue Aufgabenstellung“, schildert Georg
Nelke, Geschäftsführer von Optisense.
„Wir haben zugesagt, für ILB umgehend
ein passendes System zu implementie-
ren“. Doch schon die Konfiguration er-
wies sich als komplexe Aufgabe. Es sollten
Kleinteile mit Krümmungen geprüft wer-
den, die einen Durchmesser von gerade
einmal 20 mm hatten und die lediglich
10 mm hoch waren – und das innerhalb
einer halben Sekunde. Zudem stand für
das Messsystem in der Linie kaum Platz
zur Verfügung. Das machte es zunächst
schwierig, eine robuste und zuverlässige
Messstation aufzubauen, die noch dazu im
Mehrschichtsystem bestehen sollte. „Aber
das konnten wir dank unserer Erfahrung
© Optisense
schnell und erfolgreich lösen“, resumiert
Nelke.
ILB stand damals stark unter Zeitdruck, da
der Kunde dringend auf die Teile angewie- Kürzlich startete der Testlauf mit der nächsten Messgeräte-Generation, zunächst parallel zur
sen war. Von der ersten Kontaktaufnahme bisherigen Sensorik.
bis zur Inbetriebnahme des Schichtdicken-
messsystems blieben gerade einmal drei
Monate. Deshalb wurden bei einem Vor- schallsensor funktioniert nur einwandfrei, Abstände gemeldet. Ist der Ultraschallsen-
Ort-Termin unverzüglich die Projektdetails wenn die Membran aus piezoelektrischer sor Teil einer Einparkhilfe, kann das fatale
und Datenübergaben abgestimmt. Um die Keramik akustisch vom Sensorgehäuse Folgen haben.
Zuverlässigkeit des berührungslosen Mess- entkoppelt ist. Wird die zulässige Lack- Wie viele Sensoren verbaut sind, spielt
systems zu prüfen, wurde zunächst eine schichtdicke überschritten, ändert sich dabei keine Rolle. Denn ist nur einer be-
Pilotierung gefahren. „Das System hat uns das Schwingungsverhalten und es werden schädigt, funktioniert das ganze System
sofort überzeugt. Es war eine zuverlässige falsche Signalwerte an die Fahrzeugelek- nicht mehr. Alle Automobilhersteller ge-
und schnelle Schichtdickenmessung als tronik weitergeleitet. Dann bekommt der ben daher technische Empfehlungen zur
sicher zu steuernde, automatisierte Lö- Fahrer entweder zu weite oder zu nahe Lackierung der Parksensoren heraus, in
sung“, zeigt sich der ILB-Seniorchef zu-
frieden. Denn für die Pulverbeschichtung
samt Prüfmessung bei Abdeckkappen für
Einparkhilfesensoren gelten besondere An-
forderungen.
PDC-Sensoren als Herausforderung
Eine elektronische Einparkhilfe ist heut-
zutage in nahezu allen Fahrzeugen seri-
enmäßig verbaut. Die Park Distance Con-
trol (PDC)-Sensoren bestehen aus einem
Ultraschallwandler und einer Sende- und
© Optisense
Auswerteelektronik, die von einer Schutz-
kappe in Wagenfarbe abgedeckt werden.
Dabei können schon kleinste Lackabwei-
chungen die Funktion der empfindlichen Dank seiner miniaturisierten Würfel-Bauform lässt sich der neue LED-Industriesensor selbst in
Parksensoren einschränken. Der Ultra- beengte Produktionsumgebungen leicht integrieren.
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© Optisense
Firmengründer Bernd Biedermann war klar,
dass nur eine vollständige Automatisierung
der Beschichtung die Qualität optimieren
kann.
denen unter anderem der Lackierbereich, No-Rinse-Verfahren vorbehandelt und die weitere Prozessoptimierung.
die Pulverlackdicke und die maximale alle Flächen, die keine Beschichtung be-
Aushärtungstemperatur festgehalten sind. kommen dürfen, automatisch partiell Das Messsystem mitten im Prozess
Und die gilt es, penibel einzuhalten, ent- maskiert. Anschließend erfolgt die ei-
sprechend hoch ist der Qualitätsanspruch. gentliche Beschichtung. Dabei ist es ent- Das Schichtdickenmesssystem besteht aus
scheidend, die richtige Schichtdicke zu einem Controller als Steuerungseinheit, an
Eine große Maschine für kleine Teile erzielen. Sobald die Abdeckkappen die den die Sensoren über Kabel angeschlos-
Kabine verlassen, wird deshalb bei jeder sen sind. Der Paintchecker-Controller ist
Grob lässt sich der Pulverbeschichtungs- einzelnen Kappe sofort die Schichtdicke direkt an die Pulverbeschichtungskabine
prozess für die Abdeckkappen der PDC- geprüft. „Die Abdeckkappen sehen zu angedockt. Jedes frisch beschichtete Teil
Sensoren bei ILB in Vorbehandlung, diesem Zeitpunkt immer noch aus wie fährt vor der Aushärtung auf einem Trans-
Lackapplikation und Vernetzung gliedern. eingepudert“, beschreibt der Seniorchef portband durch die Inline-Messstation, in
Alle Prozessschritte sind in der industriel- die weiche, empfindliche Pulverschicht. der die Beschichtungsdicke berührungs-
len Produktion durch automatische Förder- Optisense ermöglicht hier nicht nur eine los mit einem Lasersensor geprüft wird.
einrichtungen und Roboter vernetzt. lückenlose Qualitätskontrolle, sondern Das System schafft rund 150 Teile pro
Die Teile werden nasschemisch in einem liefert auch wertvolle Informationen für Minute.
Zur softwareseitigen Integration in die
Fertigungsanlage besitzt der Paintche-
cker Schnittstellen zu einer übergeord-
neten SPS. Die Messtechnik ist so direkt
an die ILB-Datenbank angebunden. Alle
Prozessdaten werden in Echtzeit an die
ILB-Analysesoftware übergeben, die de-
ren Visualisierung übernimmt. Sämtliche
Auftragsdaten sind digital hinterlegt und
alle Maschinenparameter werden auf einer
großen Monitorwand grafisch dargestellt.
„Wer glaubt, der hohe Automatisierungs-
grad einer modernen Pulverbeschich-
tungsanlage degradiere die Kollegen in
der Fertigung zu reinen Statisten, der irrt
gründlich“, weiß Bernd Biedermann und
vergleicht die Situation mit der des Piloten
in einem modernen Cockpit: „Jede Abwei-
chung erfordert eine schnelle Reaktion.
© Optisense
Es klingt vielleicht wie ein Widerspruch,
aber je einfacher die Bedienung der Anlage
aussieht, desto komplexer sind die dahin-
Am Firmensitz im thüringischen Unterwellenborn lackiert ILB Teile für die Automobilindustrie. terstehenden Prozesse. Und die müssen
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Messaufgaben“, fasst Bernd Biedermann
zusammen. //
Kontakt
OptiSense Gesellschaft für Optische
Prozessmesstechnik mbH & Co. KG
Haltern am See
Thorsten Merfeld, Development & Pre-Sales
Manager
merfeld@optisense.com
www.optisense.com
© Optisense
Mit dem robusten Aluminiumgehäuse im Format 50 × 51 × 55 mm ist der neue Sensor deutlich
kleiner als ein Zauberwürfel.
unsere Anlagenführer genau kennen, um getauscht“, freut sich Biedermann. Doch
im Bedarfsfall das Richtige zu tun.“ längst sind Optisense-Geräte der 4. Gene-
Eine der Kennlinien auf dem großen Dis- ration mit optimierten Komponenten für
play zeigt die Schichtdicke an. Ein digi- noch flexiblere und genauere Messungen
tales Toleranzband signalisiert dabei, ob erhältlich. Die neuen Messsysteme basie-
die Schichtdicke im grünen Bereich liegt. ren auf LED-Technik. Mit der neuen Tech-
Die Kennlinie läuft in der Regel in der nik gehören Laserschutzbeauftragte und
Mitte des Toleranzbereichs. „Aber sie be- Schutzeinrichtungen der Vergangenheit
wegt sich auch mal zu den Rändern des an. Das wiederum spart Zeit und Kosten.
Toleranzbandes hin. Nicht sprunghaft, Die neuen LED-Sensoren besitzen ein grö-
aber unsere Anlagenführer erkennen eine ßeres Messfeld als die bisherigen Lasermo-
Tendenz zur Abweichung sofort“, erklärt delle und eignen sich besonders für raue
Biedermann. und pulverartige Oberflächen. Je nach
Nicht korrekt beschichtete Bauteile wer- Beschichtungsmaterial kann zwischen
den so schnell erkannt, gereinigt und wie- Infrarot- oder UV-Anregung gewählt wer-
der in die Linie zurückgeführt. Dieser Pro- den. Die LED-Sensoren benötigen weni-
zess erleichtert einerseits die Fehlersuche, ger als eine halbe Sekunde pro Messung
andererseits wird die Beschichtung voll- und überwachen den Prozess lückenlos
ständig dokumentiert. Diese Daten dienen und zuverlässig. Die Halbleiterlichtquelle
auch als Qualitätsnachweis gegenüber den verleiht ihnen eine lange Lebensdauer,
Kunden. Durch die zentrale Datenerfas- Energieeffizienz und Vibrationsfestigkeit.
sung ist die Anlage Industrie-4.0-ready, die Zudem ist der Würfel mit seinen gerade
Daten lassen sich weiterverwenden und einmal 150 g optimal für die Robotermon-
beispielsweise für das Ressourcenmanage- tage geeignet, und dank der Bauform lässt
ment nutzen. sich der neue LED-Industriesensor selbst
in beengte Produktionsumgebungen leicht
Qualitätssicherung als integrieren.
zukunftssichere Entscheidung ILB startete kürzlich den Testlauf mit dem
Paintchecker Cube, zunächst parallel zur
Der erfolgreiche Ersteinsatz der Paintche- bisherigen Sensorik. Auch die Visualisie-
cker-Systeme war nur der Anfang einer rungssoftware ist bereits auf den Cube
langjährigen Kooperation. Inzwischen sind umgestellt. „Klar, es gibt mittlerweile auch
für alle drei Produktionslinien Optisense- andere Anbieter, aber wir haben sehr gute
Messsysteme im Einsatz und – obwohl sie Erfahrungen mit Optisense gemacht und
inzwischen in die Jahre gekommen sind – möchten auch in der nächsten Schichtdi-
messen die PaintChecker weiterhin zuver- ckenmessgeneration wieder zusammenar-
lässig. „In 15 Jahren Dauereinsatz haben beiten. Optisense bleibt für uns der kom-
wir lediglich einmal eine Leiterplatte aus- petente, kreative Partner für das Lösen von
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