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Die Oberfläche unter der Lupe: Einsatz von Laser-Hyperspektral-Imaging zur Überwachung von Oberflächenvorbehandlungen an Kunststoffen

Das Kunststoff-Zentrum SKZ in Würzburg untersucht im Forschungsprojekt „OF-HSI“ die Einsatzmöglichkeiten der hyperspektralen Bildgebung zur nicht invasiven und zerstörungsfreien Überprüfung von Oberflächenvorbehandlungen an Kunststoffen. Das Projekt läuft seit 1. März 2021 und endet am 28. Februar 2023.

Oberflächenvorbehandlungen und deren Güte haben einen maßgeblichen Einfluss auf nachfolgende Prozesse wie beispielsweise das Bedrucken, Lackieren, Kleben, Beschichten bzw. Einfärben von Bauteilen. Zur Vorbehandlung von Kunststoffoberflächen gibt es zahlreiche Verfahren, die mechanisch, nasschemisch oder auch physikalisch auf die Oberfläche einwirken und so ihre Eigenschaften verändern. Die bis dato üblichen Methoden zur Charakterisierung der behandelten Oberfläche sind entweder nicht zerstörungsfrei, kontaminieren die Oberflächen oder werden in der Industrie aus Kosten- und Zeitgründen häufig nur im Schadensfall oder stichprobenartig eingesetzt.

Im Rahmen des Forschungsvorhabens wird die innovative, spektroskopische Messmethode der laserangeregten hyperspektralen Bildgebung (HSI) zur Kontrolle der Oberflächenvorbehandlung nach den Behandlungsprozessen eingesetzt. Die HSI stellt eine Kombination der digitalen Bildgebung und der Spektroskopie dar. So kann jeder Ortskoordinate der Oberfläche des Bauteils ein Spektrum zugeordnet werden. Hierdurch können Materialeigenschaften ortsaufgelöst ermittelt werden. Durch die Wahl eines passenden Lasers als Lichtquelle und einer geeigneten Hyperspektralkamera zur Aufnahme der angeregten Fluoreszenz wird das Messverfahren für die Detektion der Oberflächenvorbehandlung von Kunststoffen nutzbar.

Erste Vorarbeiten erzielten bereits vielversprechende Ergebnisse bei den Messungen von verschiedenen Vorbehandlungsmethoden auf Polypropylen (PP). Darauf aufbauend werden die Nutzbarkeit und Grenzen der HSI zur Bestimmung der Qualität ausgewählter Oberflächenvorbehandlungen im Forschungsvorhaben systematisch an weiteren Materialsystemen evaluiert. Ein Augenmerk liegt dabei auch auf der zeitlichen Stabilität der Oberflächenaktivierung. Des Weiteren wird das Potenzial zur Detektion von Kontaminationen auf der Oberfläche untersucht. Ziel des Projekts OF-HSI ist es, eine Möglichkeit zur bildgebenden, zerstörungsfreien Prüfung von Oberflächenvorbehandlungen aufzuzeigen, welche Anwendern in zahlreichen Branchen sowie Herstellern optischer Messsysteme zu Gute kommen soll. Interessierte Industrieunternehmen sind eingeladen, sich beim SKZ zu melden, um das Projekt kostenfrei zu begleiten und frühzeitig von den Ergebnissen zu profitieren.

Das Vorhaben 21669 N der Forschungsvereinigung Fördergemeinschaft für das Süddeutsche Kunststoff-Zentrum e. V. wird über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen e. V. (AiF) bzw. das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom BMWi aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. 

Foto: Die hyperspektrale Bildgebung macht nicht sichtbare Unterschiede spektral sichtbar. (© SKZ)

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Ansprechpartner:

Kontakt, Frau
Julia Klein
Spektroskopie
+49 931 4104-460
j.klein@skz.de
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