Oberflächenreinheit und Beschichtungen inline mit Minikamera prüfen

Da schon geringste Verunreinigungen auf Kontaktflächen ein Problem bei der Produktion hochintegrierter Bauteile sind, ist eine hochgenaue Prüfung von Oberflächenreinheit und Beschichtung entscheidend für die Qualität. Das Prüfsystem F-Camera Mini inspiziert Oberflächen in der Produktion mit einer Auflösung im Mikrometerbereich.

Die vom Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik (IPM) entwickelte F-Camera Mini ermöglicht die sehr empfindliche bildgebende Inline-Prüfung von Bauteiloberflächen. Verunreinigungen oder die Qualität von Beschichtungen detektiert das Prüfsystem im Sekundentakt mit einer Auflösung bis in den Mikrometerbereich.

Die F-Camera Mini eignet sich zur Inspektion gekrümmter Freiformoberflächen sowie spiegelnder oder auch rauer Oberflächen. Dank Fluoreszenz-Messtechnik erkennt das System organische Substanzen auf metallischen Oberflächen besonders sensitiv: Filmische Restverunreinigungen bis hinunter zu wenigen 10 nm Dicke werden zuverlässig detektiert.

Eine Beleuchtungseinheit mit mehreren hochleistungsfähigen UV-LEDs sorgt für die Anregung der Fluoreszenz. Fluoreszierende Oberflächenbeläge wie zum Beispiel filmische Verunreinigungen und organische Beschichtungen auf einem metallischen Bauteil leuchten unter diesem Licht hell im sichtbaren Spektralbereich. Mit einer Bildaufnahme, die das Anregungslicht herausfiltert, werden die Beschichtungen auf den Oberflächen sichtbar. Die Helligkeit des Signals ist ein Maß für die Dicke des detektieren Belags, was eine Quantifizierung der Daten erlaubt. Mit einer nachgeschalteten Bildauswertung können Kenngrößen ausgegeben werden, die eine Bewertung der Oberfläche im Sinne einer Qualitätssicherung ermöglichen.

Die F-Camera Mini inspiziert mit einer Aufnahme eine Fläche von 18 mm × 14 mm (2,5 cm²) mit einer Auflösung von einigen 10 μm und kann somit auch lokal eingegrenzte filmische Restverunreinigungen sehr gut erkennen. So können beispielsweise Kontaktpads elektronischer Platinen auf Flussmittelreste oder Klebeflächen auf Rückstände von Ölen und Fetten untersucht werden. Bildfeld und Bildauflösung können an die jeweilige Fragestellung angepasst werden.

Die hohe Bildrate von 20 Hz ermöglicht eine prozessintegrierte Qualitätskontrolle von Bauteiloberflächen. Die Messergebnisse liegen innerhalb einer Sekunde vor. So können fehlerhafte Bauteile im Produktionstakt erkannt und rechtzeitig die passenden Korrekturmaßnahmen durchgeführt werden. Insbesondere Bauteilsegmente mit besonders hohen Sauberkeitsanforderungen können inline mit der nötigen Genauigkeit inspiziert werden – zum Beispiel solche, bei denen im nachfolgenden Prozessschritt Fügeprozesse stattfinden oder eine elektrische Isolation über kleine Abstände erforderlich ist.

Die F-Camera Mini zeichnet sich durch ihre kompakte Bauweise aus, die eine Integration des Messkopfs in die Linie ermöglicht. Aufgrund sehr kurzer Belichtungszeiten von wenigen Millisekunden können auch Teile in Bewegung oder Bandprozesse mit Geschwindigkeiten bis zu 1 m/s inspiziert werden. Durch Zusammenfügen der Einzelbilder ist hier auch eine lückenlose Inspektion in Bandrichtung möglich.

Die optischen Komponenten des Systems sind in einem robusten Gehäuse gekapselt, das bei Bedarf durch eine zusätzliche, luftgekühlte Umhausung umschlossen werden kann. Damit ist der Betrieb des Sensors bei rauen Umgebungsbedingungen, zum Beispiel hohen Temperaturen oder in Atmosphären mit Öl- oder Lösungsmitteldämpfen möglich. Dies wurde bereits in harschen Einsatzumgebungen wie etwa Klebe- und Pressprozessen bei der Holzverarbeitung gezeigt. (OM-05/22)