DeFelsko stellt tragbare, zerstörungsfreie Ultraschall-Schichtdickenmessgeräte her, die sich ideal für die zerstörungsfreie Messung der Trockenschichtdicke von Holzlacken und anderen Beschichtungen auf Holz und Holzprodukten eignen. Viele Industriezweige setzen diese zerstörungsfreie Technologie heute in ihren Qualitätsprogrammen ein.
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Zwei Modelle sind ideal für Holzbeschichtungen.
Messbare Anwendungen:
Nicht meßbare Anwendungen:
Zusätzliche Hinweise:
Manche Holzanstriche werden in mehreren Schichten aufgetragen, um das gewünschte Ziel zu erreichen. Unser PosiTector 200 B1 ist die ideale Lösung, wenn Verarbeiter nur die endgültige Gesamtdicke der Beschichtung kennen müssen.
Das PosiTector 200 ist für die Messung der meisten Holzbeschichtungsanwendungen sofort einsatzbereit. Es hat einen Messbereich von 13 bis 1000 Mikrometer (0,5 bis 40 mils) und ist ideal für die Messung von Lacken, Grundierungen, UV-gehärteten Beschichtungen, Acryl, Pulverbeschichtungen und anderen Polymerbeschichtungen. Für die meisten Anwendungen ist keine Kalibrierungseinstellung erforderlich. Das Gerät ist umschaltbar zwischen Mils und Mikron und verfügt über ein großes, dickes, stoßfestes Lexan-Display.
Für diejenigen, die mit magnetischen Schichtdickenmessgeräten vertraut sind, ist die Verwendung von Ultraschall-Schichtdickenmessgeräten einfach und intuitiv. Die Messmethode ist einfach und zerstörungsfrei.
Ein gutes Beispiel dafür, wie unser PosiTector 200 B1 die Gesamtdicke einer mehrschichtigen Anwendung misst, findet sich im Herstellungsprozess von Musikinstrumenten.
Lack wird auf ein Gitarrensubstrat (in der Regel Holz oder Graphit) aufgetragen, um einen glasartigen Glanz zu erzielen und die Schönheit und den Glanz des Holzes hervorzuheben. Die robuste, dauerhafte Lackierung schützt das Holz vor Feuchtigkeit, Chemikalien und Kratzern und optimiert gleichzeitig die akustische Resonanz des Instruments.
Die Methode und die Vorteile der Ultraschalldickenprüfung für Gitarren werden in einem separaten Artikel behandelt.
Die Dickenmessung ist nicht auf Naturholz beschränkt. Einige der heutigen modernen Materialien sind eine Kombination aus synthetischen und natürlichen Materialien.
In der Holzverarbeitung bezieht sich Furnier auf dünne Holzscheiben, die in der Regel auf Kernplatten (in der Regel Holz, Spanplatten oder mitteldichte Faserplatten) geklebt und gepresst werden, um flache Platten wie Türen, Oberteile und Seitenwände für Schränke, Parkettböden und Möbelteile herzustellen. Verbundwerkstoffe mit einer Holzfurnieroberfläche werden zunehmend in der Luft- und Raumfahrt, im Unterwasser- und Automobilbau eingesetzt.
Die Oberfläche des Holzes oder des Holzprodukts ist häufig mit einer Polymerbeschichtung versehen, deren Gesamtdicke leicht mit einem PosiTector 200 B1 gemessen werden kann.
Beschichtungen mit rauen Oberflächen stellen eine Herausforderung für jede Messmethode dar, und die Ultraschallprüfung ist da keine Ausnahme. Das PosiTector 200 ist für diese Situationen gerüstet.
Auf mikroskopischer Ebene kann die Dicke variieren (siehe Abb.1). Aussagekräftige Dickenmessungen erhält man am besten, wenn man mehrere Messungen an der gleichen Stelle vornimmt und die Ergebnisse mittelt.
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Auf rauen Oberflächen gibt PosiTector 200 in der Regel die Dicke von der Oberkante der Beschichtungsspitzen bis zum Substrat an. Dies wird durch den Abstand #1 in Abb.2 dargestellt. Das Kopplungsmittel füllt die Hohlräume zwischen der Sonde und der Beschichtung aus, um das Eindringen des Ultraschallimpulses in die Beschichtung zu unterstützen.
Starke Rauheit kann dazu führen, dass das Messgerät niedrige Dickenwerte anzeigt (Abstand #2). Dies geschieht, weil die Echos von der Grenzfläche Kupplungsmaterial/Beschichtung stärker sind als die von der Grenzfläche Beschichtung/Substrat. Das PosiTector 200 verfügt über eine einzigartige, vom Benutzer einstellbare SET RANGE-Funktion, um Rauheitsechos zu ignorieren.
Um aussagekräftige Dickenmessungen auf rauen Oberflächen zu erhalten, wird der Speichermodus des PosiTector 200 (Abb. 3) zur Berechnung eines laufenden Durchschnitts verwendet.
Mitteldichte Faserplatten (MDF) sind ein Holzwerkstoff, der aus mit Kunstharz vermischten Holzpartikeln besteht. Die Pulverbeschichtung ist ein trockenes Veredelungsverfahren, bei dem fein gemahlene Pigment- und Harzpartikel verwendet werden, die elektrostatisch aufgeladen und auf die MDF-Platte aufgesprüht werden. Die geladenen Partikel haften, bis sie durch Wärme- und Energiezufuhr geschmolzen und zu einer zähen, gleichmäßigen Beschichtung verschmolzen sind.
MDF eignet sich aufgrund seiner geringen Porosität und homogenen Oberfläche für die Pulverbeschichtung. Zu den MDF-Produkten gehören Büromöbel, Küchen- und Badschränke, Türen, Ladenausstattungen und Displays sowie montagefertige Möbel für Büro und Haushalt.
Diese Einschichtanwendungen haben typischerweise eine Dicke von 3 bis 9 mils und können mit einem PosiTector 200 B1 leicht gemessen werden. Für die oben gezeigten strukturierten Oberflächen verfügt PosiTector 200 über eine einzigartige, vom Benutzer einstellbare SET RANGE-Funktion, um Rauheitsechos zu ignorieren. Der Speichermodus des Geräts dient zur Anzeige des Durchschnitts einer Reihe von Messergebnissen. Auf dem großen LCD-Display werden außerdem die Anzahl der Messwerte, die Abweichung standard sowie die höchsten und niedrigsten Messwerte angezeigt.
Polymerbeschichtungen werden auf Holzwerkstoffe wie MDF (mitteldichte Faserplatten), Sperrholz, Spanplatten und Spanplatten aufgetragen, um eine ästhetische und dauerhafte Oberfläche zu erhalten. Ganze Branchen haben sich um die Verwendung von Polymerbeschichtungen herum entwickelt. So wird beispielsweise das auf Polyester basierende Granicoat® (Abb. 5) auf Holzoberflächen wie tragbare Buffettische, Küchenarbeitsplatten, Badmöbel sowie Schreibtischplatten und Barplatten aufgesprüht.
Für diese dicken Beschichtungsanwendungen empfehlen wir unser PosiTector 200 C3. Es hat einen Messbereich von 50 bis 3800 Mikrometer (2 bis 150 mils) und ist ideal für dickere Beschichtungen. Sein Grafikmodus ist nützlich bei der Bestimmung der Dicke von dünnen Grundierungen und anderen schwer zu unterscheidenden Schichten.
Abbildung 6 zeigt, was auf der LCD-Anzeige des Geräts erscheint, wenn eine Messung bei eingeschaltetem Grafikmodus durchgeführt wird. Es werden sowohl die Dickenwerte als auch eine grafische Darstellung der "Echospitzen" angezeigt. Interessanterweise ist auch eine kleinere Spitze zu sehen. Obwohl er zu schwach ist, um automatisch gemessen zu werden, kann ein grüner Cursor für eine manuelle Messung über ihm positioniert werden.
Der grüne Cursor in Abbildung 7 zeigt an, dass die angezeigte Spitze 4,4 mils dick ist.
Es gibt viele Arten von Holzklebstoffen. Nassklebstoffe können nicht mit Ultraschall gemessen werden, da die Sonde des PosiTector 200 die Oberfläche des zu messenden Materials berühren muss. Trockener Klebstoff ist jedoch wie jede andere einschichtige Beschichtung und kann mit dem PosiTector 200 B1 gemessen werden.
Das PosiTector 200 B3 ist in der Lage, sowohl die Gesamtdicke des Beschichtungssystems als auch bis zu 3 einzelne Schichtdicken in einem Mehrschichtsystem zu messen. Außerdem verfügt es über eine grafische Anzeige für eine detaillierte Analyse des Beschichtungssystems.
In dem obigen Beispiel ist die Schicht 1 1,5 mils dick. Schicht 2 ist 1,5 mils dick. Die Gesamtdicke beträgt 3,0 mils. Die grafische LCD-Anzeige zeigt zwei "Spitzen" an, die zwei Materialgrenzflächen darstellen. Das Gerät wird in zwei Schritten für Mehrschichtanwendungen eingestellt.
Die Sonde des PosiTector 200 enthält einen Ultraschallwandler, der eine Ultraschallschwingung in die Beschichtung sendet. Diese Schwingung wandert durch die Beschichtung, bis sie auf ein Material mit anderen mechanischen Eigenschaften trifft - in der Regel das Substrat. Die Schwingung wird an dieser Grenzfläche teilweise reflektiert und breitet sich zurück zum Wandler aus.
Um die beste Genauigkeit zu erzielen, müssen die Ultraschallschwingungen ungehindert durch die Beschichtung laufen. Große Feststoffpartikel wie Sand lenken die Schwingung ab und verhindern, dass ein deutliches Echo zur Sonde zurückkehrt. Daher ist das PosiTector 200 nicht in der Lage, diese Anwendungen reproduzierbar zu messen.
Eine Holzbeize ist eine Unterkategorie der Farbe. Sie besteht aus einem Pigment, das in einem "Träger" aus Lösungsmittel und Bindemittel (Alkyd, Leinöl, Acryl, Polyurethan, Lack oder Harz) suspendiert ist. Sie ist so formuliert, dass sie das Pigment in die Poren der Oberfläche einbringt oder transportiert, anstatt einen Film auf der Oberfläche zu bilden.
Das PosiTector 200 ist für die Messung der Dicke der auf der Holzoberfläche aufgebauten Schichten konzipiert. Beizen, die tief in die Holzfasern eindringen und das Holz versiegeln und schützen, können nicht mit Ultraschall gemessen werden.
Bei der Ultraschallprüfung werden mit Hilfe einer Sonde (d. h. eines Wandlers) und eines auf der Oberfläche angebrachten Kopplungsmittels Ultraschallschwingungen in eine Beschichtung gesendet. Jedem Gerät liegt eine 4 oz-Flasche eines gängigen Glykolgels auf Wasserbasis bei. Alternativ kann auf glatten, horizontalen Oberflächen auch ein Tropfen Wasser als Koppelmittel verwendet werden.
Nachdem der Tropfen des Kopplungsmittels auf die Oberfläche des beschichteten Teils aufgetragen wurde, wird die Sonde flach auf die Oberfläche aufgesetzt. Durch Niederdrücken wird eine Messung ausgelöst (siehe Abb. 10). Hebt man die Sonde an, wenn ein doppelter Piepton ertönt, wird die letzte Messung auf der LCD-Anzeige gespeichert. Eine zweite Messung kann an der gleichen Stelle durchgeführt werden, indem die Sonde weiterhin auf die Oberfläche gedrückt wird. Wenn Sie fertig sind, wischen Sie die Sonde und die Oberfläche mit einem Papiertuch oder einem weichen Tuch sauber.
Die Genauigkeit einer Ultraschallmessung hängt direkt von der Schallgeschwindigkeit der zu messenden Oberfläche ab. Da Ultraschallgeräte die Laufzeit eines Ultraschallimpulses messen, müssen sie auf die "Schallgeschwindigkeit" im jeweiligen Material kalibriert werden.
In der Praxis variieren die Schallgeschwindigkeitswerte zwischen den in der Holzindustrie verwendeten Beschichtungsmaterialien nicht sehr stark. Daher müssen Ultraschall-Schichtdickenmessgeräte in der Regel nicht an die werkseitigen Kalibrierungseinstellungen angepasst werden.
Auf der rechten Seite des Bildschirms von PosiTector 200kann eine grafische Darstellung des Ultraschallimpulses beim Durchlaufen des Beschichtungssystems angezeigt werden. Mit diesem leistungsstarken Werkzeug kann der Benutzer besser verstehen, was das Messgerät unter der Oberfläche der Beschichtung "sieht".
Wenn die Sonde niedergedrückt wird und der Ultraschallimpuls das Beschichtungssystem durchläuft, trifft der Impuls auf Dichteänderungen an den Grenzflächen zwischen den Beschichtungsschichten und zwischen der Beschichtung und dem Substrat.
Ein "Peak" stellt diese Schnittstellen dar. Je stärker sich die Dichte ändert, desto höher ist der Peak. Je allmählicher die Dichteänderung, desto größer ist die Breite des Peaks. Zwei Beschichtungen, die im Wesentlichen aus dem gleichen Material bestehen und "vermischt" sind, würden beispielsweise einen niedrigen, breiten Peak ergeben. Zwei Materialien mit sehr unterschiedlicher Dichte und einer gut definierten Grenzfläche würden zu einem hohen, schmalen Peak führen.
Das PosiTector 200 B3 wählt die höchsten Spitzenwerte aus, wenn es versucht, die Schichtdicke zu bestimmen. Wenn zum Beispiel die Anzahl der Schichten auf 3 eingestellt ist, werden die 3 höchsten Spitzen zwischen dem Lo- und Hi-Set-Bereich als Grenzflächen zwischen diesen Schichten ausgewählt. Die Spitzen, die das Messgerät ausgewählt hat, sind durch rote Dreieckspfeile gekennzeichnet (siehe Abb.12).
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In Abb. 12 werden die Werte für den linken (Lo - 1,9 mils) und rechten (Hi = 11,0 mils) Bereich als zwei Zahlen oben links und oben rechts auf dem Grafikbildschirm angezeigt. Lo (der minimale Grenzwert) steht auf der linken Seite. Hi (der maximale Grenzwert) steht rechts. Echos oder Spitzenwerte (Dickenwerte) außerhalb dieser Bereiche werden ignoriert. Die Werte des Bereichs werden mit der Menüoption "Bereich einstellen" festgelegt und geändert.
Diese grafische Darstellung kann mit der Menüoption "Bereich einstellen" manipuliert werden. Neben der Möglichkeit, die Werte für den unteren und oberen Bereich einzustellen, kann ein grüner Cursor irgendwo zwischen den eingestellten Werten positioniert werden, um andere Spitzenwerte zu untersuchen.
Herkömmliche Magnet- und Wirbelstrommessgeräte funktionieren nur bei Metallen. Da diese Instrumente die Dicke von Holzoberflächen nicht messen können, wurden alternative Techniken verwendet:
Diese Tests sind zeitaufwändig, schwierig durchzuführen und unterliegen der Interpretation durch den Anwender und anderen Messfehlern. Antragsteller halten zerstörende Methoden für unpraktisch. Um eine statistisch repräsentative Stichprobe zu erhalten, müssen unter Umständen mehrere Holzprodukte aus einer Partie im Rahmen der zerstörenden Prüfung entsorgt werden.
Eine typische zerstörende Technik besteht darin, das beschichtete Teil im Querschnitt zu schneiden und die Schichtdicke durch mikroskopische Betrachtung des Schnitts zu messen. Bei einem anderen Querschnittverfahren wird ein skaliertes Mikroskop verwendet, um einen geometrischen Schnitt durch die Trockenfilmbeschichtung zu sehen. Dazu wird mit einem speziellen Schneidewerkzeug eine kleine, präzise V-Nut durch die Beschichtung und in das Substrat geschnitten (siehe Abb. 15). Es sind Messgeräte erhältlich, die komplett mit Schneidspitzen und beleuchteten Skalenlupen ausgestattet sind. Eine ausführliche Beschreibung dieser Prüfmethode findet sich in ASTM D4138, "Standard Practice for Measurement of Dry Film Thickness of Protective Coating Systems by Destructive, Cross-Sectioning Means".
Obwohl die Prinzipien dieser Methode leicht zu verstehen sind, gibt es viele Möglichkeiten, Fehler zu machen. Die Vorbereitung der Probe und die Interpretation der Ergebnisse erfordern Geschicklichkeit. Auch die Einstellung des Messfadens auf eine gezackte oder unscharfe Oberfläche kann zu Ungenauigkeiten führen, insbesondere bei unterschiedlichen Bedienern. Diese Methode wird eingesetzt, wenn kostengünstige, zerstörungsfreie Methoden nicht möglich sind, oder als Mittel zur Bestätigung zerstörungsfreier Prüfergebnisse.
Mit dem Aufkommen von Ultraschallgeräten sind viele Veredler zur zerstörungsfreien Prüfung übergegangen.
Beschichtungen erfüllen ihre Funktion am besten, wenn sie innerhalb eines engen, vom Hersteller angegebenen Schichtdickenbereichs aufgetragen werden. Beispielsweise sind Konversionslacke härter als andere Beschichtungen und sollten nicht mit mehr als 5 mils Trockenschichtdicke aufgetragen werden, um Rissbildung oder andere Fehler in der Oberfläche zu vermeiden. Nitrozelluloselack sollte in der Regel nicht dicker als 3 mils sein. Eine gleichmäßige Schichtdicke ist beim Auftragen von Grund- und Cracklacken von entscheidender Bedeutung, um den gewünschten Crackle-Effekt zu erzielen.
Bei mitteldichten Faserplatten (MDF) liegt die Dicke der Pulverbeschichtung in der Regel zwischen 3 und 9 Millimetern. Je dicker die Schichtdicke, desto haltbarer ist in der Regel die Oberfläche. In den Werksspezifikationen wird oft eine Toleranz von ±1 Mil gefordert. Dieses Qualitätsniveau lässt sich nicht durch bloßes Betrachten bestimmen.
Die genaue Messung der Schichtdicke hat noch weitere Vorteile. Wenn Unternehmen es versäumen, die Beschichtungsqualität des eingehenden Materials zu prüfen und zu verifizieren, verschwenden sie Geld für die Nachbearbeitung des Produkts. Durch die Überprüfung der Sprühtechnik stellen sie sicher, dass die Beschichtung gemäß den Empfehlungen des Herstellers aufgetragen wird. Außerdem kann das Auftragen einer zu dicken Schicht die Gesamteffizienz drastisch verringern. Schließlich kann eine regelmäßige Prüfung die Zahl der internen Nacharbeiten und der Kundenrücksendungen aufgrund von Endbearbeitungsmängeln verringern.
Hersteller und Verarbeiter waren lange Zeit der Meinung, dass es kein einfaches und zuverlässiges Verfahren zur zerstörungsfreien Messung von Beschichtungen auf Holz und Holzprodukten gibt. Die übliche Lösung bestand darin, Metallkupons neben dem Teil zu platzieren und dann die auf dem Kupon aufgebrachte Schichtdicke mit einem mechanischen oder elektronischen Messgerät - magnetisch oder mit Wirbelstrom - zu messen. Diese arbeitsintensive Lösung beruht auf der Annahme, dass ein flacher Coupon, der im allgemeinen Beschichtungsbereich platziert wird, das gleiche Farbprofil erhält wie das betreffende Holzteil. Eine Ultraschalllösung ermöglicht es dem Benutzer, die Gesamtschichtdicke des tatsächlichen Teils zu messen. Je nach dem verwendeten Ultraschallmessgerät und dem Beschichtungsprozess besteht ein zusätzlicher Vorteil in der Möglichkeit, mehrere unterschiedliche Schichten zu erkennen.
Die Messung der Schichtdicke mit Ultraschall ist heute ein anerkanntes und zuverlässiges Prüfverfahren in der Holzindustrie. Das Prüfverfahren standard ist in ASTM D6132 beschrieben. "Standard Test Method for Nondestructive Measurement of Dry Film Thickness of Applied Organic Coatings Using an Ultrasonic Gage" (2022, ASTM). Zur Überprüfung der Kalibrierung des Messgeräts sind epoxidbeschichtete Schichtdickennormale erhältlich, deren Zertifizierung auf nationale Normungsorganisationen zurückgeführt werden kann.
Schnelle, zerstörungsfreie Dickenmessungen können jetzt an Materialien vorgenommen werden, für die bisher zerstörende Prüfungen oder Laboranalysen erforderlich waren. Diese neue Technologie verbessert die Konsistenz und den Durchsatz in der Endfertigung. Mögliche Kostensenkungen umfassen:
Heute sind diese Instrumente einfach zu bedienen, erschwinglich und zuverlässig.
Für die Ausbreitung des Ultraschalls in der Beschichtung ist ein Kopplungsmittel erforderlich. Wasser ist ein gutes Kopplungsmittel für glatte Beschichtungen. Für rauere Beschichtungen verwenden Sie das mitgelieferte Glykolgel. Obwohl es unwahrscheinlich ist, dass das Kopplungsmittel die Beschichtung beschädigt oder Flecken auf der Oberfläche hinterlässt, empfehlen wir, die Oberfläche zu testen, indem Sie das Kopplungsmittel an einer Probe verwenden. Wenn der Test zeigt, dass Flecken entstanden sind, kann eine kleine Menge Wasser anstelle des Couplants verwendet werden. Konsultieren Sie das Sicherheitsdatenblatt auf unserer Website und Ihren Beschichtungslieferanten, wenn Sie den Verdacht haben, dass das Kupplungsmittel die Beschichtung beschädigen könnte. Andere Flüssigkeiten wie Flüssigseife können ebenfalls verwendet werden.
Die Modelle PosiTector 200 Standard können 250 Messungen aufzeichnen. Die Modelle PosiTector 200 Advanced können 100.000 Messungen in bis zu 1.000 Stapeln für statistische Zwecke auf dem Bildschirm, zum Ausdrucken auf einem optionalen drahtlosen Bluetooth-Drucker oder zum Herunterladen auf einen PC mit dem mitgelieferten USB-Kabel und einer der PosiSoft-Lösungen speichern.
