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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Visualisieren von Verunreinigungen eines Bauteils gemäß der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Reinigen von Bereichen eines Bauteils gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 2.
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Aus dem allgemeinen Stand der Technik ist es bekannt, dass beim Veredeln von Bauteilen durch Beschichten Beschichtungsmaterial unerwünscht in Bereiche gelangen kann, welche eigentlich nicht hätten beschichtet werden sollen. Diese ungewollt beschichteten bzw. mit Partikeln der Beschichtung, dem sogenannten Overspray, kontaminierten Bereiche sind für die Bauteilqualität nachteilig. Es wäre daher wünschenswert, diese Kontaminationen nach Möglichkeit vollständig zu entfernen.
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Die deutsche Patentanmeldung
DE 103 18 681 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Entfernen eines Randbereichs einer auf ein Substrat aufgebrachten Schicht sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Beschichten des Substrats. Die Beschichtung soll dabei insbesondere mit Fotolack realisiert werden. Bei dem Substrat kann es sich beispielsweise um Wafer, Masken, Rohlinge, Fotomasken oder Substrate zur Verwendung in LCD-Displays handeln. Typischerweise werden diese auch am Rand und an den Kanten des Substrats mitbeschichtet. An diesen Stellen ist die Beschichtung jedoch unerwünscht. Gemäß der in der deutschen Patentanmeldung beschriebenen Idee wird daher ein Verfahren zum Entfernen eines Randbereichs der Beschichtung, die auf das Substrat aufgebracht worden ist, vorgestellt. Dazu wird ein Laserstrahl auf den Randbereich gerichtet, um die Beschichtung hier abzutragen. Der Vorteil bei derartigen Beschichtungen liegt darin, dass bekannt ist, an welchen Stellen beschichtet worden ist, und an welchen Stellen die Beschichtung nicht gewünscht ist. Die Beschichtung muss daher lediglich wieder abgetragen werden, ohne dass hierfür die Notwendigkeit besteht, dass erkannt werden muss, in welchem Bereich genau die Beschichtung ist, da immer davon ausgegangen werden kann, dass die betreffenden Bereiche in jedem Fall beschichtet und damit im Sinne der Funktionalität mit dem Beschichtungsmaterial kontaminiert sind.
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Die deutsche Patentanmeldung
DE 10 2006 059 900 A1 beschreibt eine Vorrichtung zum Beschichten eines Bauteils. Diese weist eine Verteilvorrichtung für einen aufgeschmolzenen Beschichtungswerkstoff auf. Es handelt sich dabei insbesondere um eine Einrichtung zur thermischen Beschichtung, beispielsweise in Form eines Lichtbogendrahtspritzens. Über eine Druckgasdüse für den Transport des aufgeschmolzenen Beschichtungswerkstoffs wird dieser auf die zu beschichtende Oberfläche des Bauteils aufgebracht. Dieser Sprühstrahl erzeugt dabei immer auch einen gewissen Overspray, welcher zwar durch Masken weitgehend aufgefangen werden kann, welcher aber, trotz einer Maskierung, immer noch zu einem Teil in Bereiche gelangt, in denen er unerwünscht ist. Dieser Overspray, welcher anliegende Oberflächen verunreinigt, wird gemäß dieser deutschen Patentschrift durch einen zweiten Druckgasauslass entfernt, welcher auf die Bereiche der Oberfläche gerichtet ist, welche nicht beschichtet werden sollen und gegebenenfalls verunreinigt wurden.
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Die PCT-Anmeldung
WO 2006/ 074 961 A2 beschreibt ein Beschichtungsverfahren, bei dem Teilbereiche einer Oberfläche eines Substrats durch thermisches Spritzen beschichtet werden, weist die folgenden Verfahrensschritte auf: (a) beschichten des Substrats in den für die Beschichtung vorgesehenen Teilbereichen, wobei in zumindest einem nicht für die Beschichtung vorgesehenen Teilbereich Overspray- Anhaftungen anfallen; (b) abdecken der Beschichtung in den für die Beschichtung vorgesehenen Teilbereichen (Gutschicht) mit einer Abdeckung; (c) entfernen der Overspray-Anhaftungen in den nicht mit einer Abdeckung abgedeckten, nicht für die Beschichtung vorgesehenen Teilbereichen mittels eines materialabtragenden Partikelstrahlverfahrens. Bei dem Beschichtungsverfahren ist die Gefahr störender Overspray-Anhaftungen beim thermischen Spritzen zumindest reduziert. Für Verfahrensschritt (c) wird eine Abdeckung vorgeschlagen die so ausgebildet und über der Gutschicht anordenbar ist, dass sie die Gutschicht beim Entfernen von Overspray-Anhaftungen durch einen Partikelstrahl schützt. Mit der Abdeckung kann Verfahrensschritt (c) in einfacher Weise durchgeführt werden, Ferner wird eine Haltevorrichtung für eine derartige Abdeckung vorgeschlagen.
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Das amerikanische Patent
US 3 652 225 A beschreibt ein farbgebendes, zerstörungsfreies Verfahren zur Erkennung von Rissen in einem Metallkörper durch selektive Korrosion des Oberflächenanteils innerhalb der Risse. Dabei wird eine farbbildende, wässrige Säure-Anzeigelösung, die Halogenidionen enthält, und ein farbbildender Indikator auf die Oberfläche des zu testenden Körpers aufgetragen. Erfindungsgemäß wird dabei der obere Oberflächenteil des Körpers nicht signifikant korrodiert, jedoch ist die Lösung so reaktiv, um die Oberflächen innerhalb der Rissen zu korrodieren, was zur Bildung von metallischen Ionen führt. Der farbbildende Indikator wird mit den so gebildeten Metallionen reagieren, um an den Rissstellen ein unverwechselbares Farbsignal zu Erkennung zu bilden, was vorteilhaft die Risse in dem Metallkörper sichtbar macht.
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Auch hier liegt ähnlich wie in der zuvor genannten Schrift als Vorgehensweise das Entfernen einer Kontamination aufgrund der Beschichtung in den Bereichen zugrunde, in denen davon ausgegangen wird, dass eine solche Beschichtung vorliegt. Problematisch in beiden Fällen ist es, wenn in diesen Bereichen keine Beschichtung vorliegt. Durch die Reinigung wird die Oberfläche gegebenenfalls angegriffen, was ebenfalls unerwünscht ist. In beiden Verfahren ist es außerdem nicht möglich, Bereiche außerhalb der vermuteten Bereiche hinsichtlich einer Beschichtung zu überprüfen und diese, falls eine Beschichtung vorliegt, gegebenenfalls zu reinigen.
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Insbesondere bei der thermischen Beschichtung, wie sie vorzugsweise bei Zylinderlaufbahnen in Zylinderkurbelgehäusen von Verbrennungsmotoren üblich ist, liegt eine weitere entscheidende Problematik darin, dass das Material der Beschichtung farblich kaum von dem Material des Substrats zu unterscheiden ist. Eine eventuelle Kontamination kann damit optisch nicht oder nur außerordentlich schlecht erkannt werden. Es ist daher sehr schwierig, eine gezielte Reinigung durchzuführen, sowohl manuell als auch über robotergestützte Reinigungsverfahren. Außerdem lässt sich die aufgetretene Verschmutzung kaum erfassen und quantifizieren, sodass es auch schwierig ist, die Wirksamkeit und Effizienz von Reinigungsprozessen sinnvoll und zuverlässig zu beurteilen, was in der Produktionsentwicklung ein entscheidender Nachteil ist.
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Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ein Verfahren zur Visualisierung derartiger Verunreinigungen anzugeben, welches eine Auswertung und Bewertung der Verunreinigungen einerseits und die Reinigung andererseits verbessert.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Visualisierung von Verunreinigungen mit den Merkmalen im Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen. Außerdem löst ein Verfahren zum Reinigen eines Bauteils mit den Merkmalen im Anspruch 6, welches das Verfahren zur Visualisierung nutzt, die Aufgabe.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Visualisierung von Verunreinigungen eines Bauteils, von welchem Bereiche infolge einer Beschichtung unerwünscht mit dem Beschichtungsmaterial verunreinigt worden sind, nutzt einen Korrosionsprozess, welchem das Bauteil ausgesetzt wird, um die Farbe des Beschichtungsmaterials infolge dieses Korrosionsprozesses zu verändern. Damit wird die Problematik umgangen, dass unerwünschtes Beschichtungsmaterial, sogenannter Overspray, je nach Beschichtungstechnologie teilweise auf dem Bauteil bzw. Substrat, welches beschichtet worden ist, nicht oder kaum zu erkennen ist. Handelt es sich bei der Beschichtung beispielsweise um eine thermische Beschichtung, vorzugsweise ein Lichtbogendrahtspritzen, dann wird häufig, beispielsweise im Bereich der Zylinderlaufflächen von Zylinderkurbelgehäusen, ein Eisenbasismaterial auf das Zylinderkurbelgehäuse aus einem Aluminiumbasismaterial aufgetragen. Beide Materialien sind im Wesentlichen von einer grauen Farbgebung dominiert, sodass ein eventueller Overspray der thermischen Beschichtung auf dem Material des Zylinderkurbelgehäuses kaum zu erkennen ist. Über den erfindungsgemäßen Korrosionsprozess, welchem das Bauteil ausgesetzt wird, kann nun die Eisenbasislegierung der Beschichtung korrodiert werden. Der Korrosionsprozess kann dabei je nach eingesetzten Materialien vorzugsweise so ausgewählt werden, dass das Beschichtungsmaterial durch ihn verändert wird, das Material des Bauteils beziehungsweise Substrats jedoch nicht angegriffen wird. Im oben genannten Beispiel würde durch die Korrosion des Beschichtungsmaterials dieses seine Farbe in Richtung eines Rotbrauns ändern, das Eisenbasismaterial würde rosten. Anschließend an eine solche Korrosion ist es nun möglich, den Overspray sehr leicht zu erkennen, da dieser sich in Form von rotbraunen Punkten bzw. Bereichen von der grauen Oberfläche des Substrats abhebt. Andere Farbgestaltungen bei anderen chemischen Korrosionsprozessen, je nach eingesetzten Materialien, sind dabei selbstverständlich möglich. Durch diese farbige Hervorhebung des unerwünschten Beschichtungsmaterials durch den Korrosionsvorgang wird dieser also sehr gut sichtbar. Anschließend kann dann wenigstens ein Bild des Bauteils oder von Teilen des Bauteils erstellt werden und mittels einer Bildverarbeitung kann das unerwünschte Beschichtungsmaterial dann sehr leicht erkannt werden. Hierdurch ist es möglich, das Beschichtungsmaterial hinsichtlich seiner Menge und der Orte, an welchen es anzutreffen ist, sehr einfach zu quantifizieren, sodass das erfindungsgemäße Verfahren zur Visualisierung der Verunreinigungen beispielsweise zur Optimierung des Spritzprozesses in der Produktionsentwicklung eingesetzt werden kann, weil nunmehr zuverlässig und einfach über eine Bildverarbeitungssoftware festgestellt werden kann, in welchen Bereichen wieviel Overspray gelangt ist. Genauso gut kann durch eine entsprechende Bildverarbeitung vor und nach einem Reinigungsprozess eine Optimierung der Produktionsentwicklung von Reinigungsverfahren für die Reinigung derartiger Bauteile vorgenommen werden.
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Wie bereits erwähnt kann die Beschichtung gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorzugsweise als thermische Beschichtung, insbesondere mittels Lichtbogendrahtspritzen, aufgetragen werden. Dabei kann gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung hiervon ein Eisenbasismaterial für die Beschichtung verwendet werden.
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Durch den Korrosionsprozess, dem typischerweise das gesamte Bauteil ausgesetzt wird, wird dabei nicht nur das unerwünschte Beschichtungsmaterial sondern typischerweise auch das gewünscht aufgetragene Beschichtungsmaterial mitkorrodiert. Für die Bildverarbeitung ist dies kein Problem, da hier einfach einprogrammiert werden kann, in welchen Bereichen die Beschichtung erwünscht ist und in welchen nicht, sodass zwischen gewünschter Beschichtung und Overspray sehr einfach unterschieden werden kann. Hinsichtlich des Fertigungsprozesses ist dies in den allermeisten Fällen auch kein Problem, beispielsweise bei der bereits angesprochenen thermischen Beschichtung, insbesondere von Zylinderlaufflächen, mit einer Eisenbasislegierung. In diesen Fällen ist es üblich, dass eine Nachbearbeitung der Beschichtungsfläche beispielsweise durch Drehen, Schleifen und/oder Honen erfolgt. Die minimale Korrosionsschicht, welche sich an der Oberfläche während des Korrosionsprozesses bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bildet, wird dann wieder abgetragen und stellt somit kein Problem dar.
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Ist dies unerwünscht oder aufgrund des Fertigungsablaufs nicht möglich, dann kann gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens außerdem eine Maskierung vorgesehen werden, sodass während der Korrosion die Bereiche, in denen die Beschichtung gewollt ist, entsprechend maskiert werden. Die für die Korrosion bzw. Oxidation verantwortlichen Bedingungen gelangen somit nicht in den Bereich der Oberfläche der gewollten Beschichtung, sodass diese nicht mit angegriffen wird, und die durch die Korrosion gewünschte Farbveränderung somit lediglich in den Bereichen auftritt, in denen sie auch gewünscht ist.
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Wie bereits erwähnt kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Visualisierung der Verunreinigungen über die Bildverarbeitung der Ort und die Menge des unerwünschten Beschichtungsmaterials festgestellt werden. Diese Informationen können, wie ebenfalls bereits erwähnt, auch zur Reinigung oder zur Beurteilung der Reinigungsqualität eingesetzt werden. Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Reinigen von Bereichen eines Bauteils, welche in Folge einer Beschichtung unerwünscht mit dem Beschichtungsmaterial verunreinigt worden sind, erfolgt nun genau dies indem das Bauteil analog zum oben beschriebenen Verfahren zur Visualisierung der Verunreinigungen einem Korrosionsprozess ausgesetzt wird, infolge dessen das Beschichtungsmaterial korrodiert und seine Farbe ändert. Danach wird wenigstens ein Bild des Bauteils oder von Teilen des Bauteils erstellt, und mittels einer Bildverarbeitung werden die Orte und die Mengen des unerwünschten Beschichtungsmaterials festgestellt. Über diese festgestellten Daten über Ort und Menge der unerwünschten Beschichtung wird dann ein Reinigungsroboter angesteuert, welcher den Overspray entfernt, beispielsweise indem ein dreidimensional geführter Roboterarm mit einem geeigneten Reinigungswerkzeug, beispielsweise einer Wasserhochdruckstrahllanze oder verschiedenen Reinigungsdüsen mit abrasiven Medien, ausgestattet wird. Über die über die Bildverarbeitung erhaltenen Werte kann die Reinigung dabei sehr gezielt in den Bereichen erfolgen, in denen sie notwendig ist.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Reinigungsverfahrens kann es dabei vorgesehen sein, dass während der Reinigung die Bereiche der Beschichtung die gewollt sind, entsprechend maskiert werden. Insbesondere beim Einsatz von Reinigungsdüsen mit abrasiven Medien kann dies ein entscheidender Vorteil sein, da auch hier ein „Overspray“ der abrasiven Medien in den Bereich der eigentlich gewünschten Beschichtung und eine entsprechende Beschädigung derselben nicht erwünscht ist. Wurde bereits während der Oxidation eine Maske angewandt, dann kann diese vorzugsweise auf dem Bauteil verbleiben.
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Gemäß einer sehr vorteilhaften Weiterbildung der Idee kann dabei durch eine ständige Bilderfassung und -verarbeitung die Ansteuerung des Reinigungsroboters verbessert werden. Der Reinigungsroboter erhält also zur Ansteuerung nicht nur eine Startauswertung eines Bildes, sondern wird beispielsweise über eine Kamera entsprechend überwacht, sodass fortwährend ermittelt werden kann, welche Verunreinigungen bereits entfernt worden sind und welche noch nicht, sodass eine sehr gezielte und zuverlässige Ansteuerung des Roboters in der Art einer Regelung mit einer Rückmeldung über den Reinigungserfolg, möglich ist.
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Eine weitere sehr günstige Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Reinigen sieht es dabei ferner vor, dass die Reinigung vor einer Endbearbeitung des Bauteils, insbesondere einer Endbearbeitung der beschichteten Flächen, erfolgt. Dies ist einerseits sinnvoll, um eine potenzielle Oberflächenkorrosion der Beschichtung abtragen zu können, sodass hier keine aufwändigen Masken oder dergleichen notwendig sind. Auch eine minimale Beeinträchtigung der Beschichtung an ihrer Oberfläche durch den Reinigungsprozess, beispielsweise durch in den Bereich der Beschichtung gelangter abrasiver Partikel eines Strahlprozesses, sind dabei weitgehend unkritisch, da durch die nachfolgende Bearbeitung der Beschichtung ihre Oberfläche nochmals überarbeitet wird und die zur Reinigung eingesetzten Reinigungsmittel typischerweise keine Schäden in der Oberfläche hinterlassen, welche so groß sind, dass sie bei einer Nachbearbeitung nicht wieder eliminiert werden könnten.
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Wie bereits mehrfach erwähnt eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren zur Visualisierung einerseits und zur Reinigung andererseits insbesondere für den Einsatz bei thermisch gespritzten Schichten, beispielsweise bei tribologischen Beschichtungen von Zylinderlaufbahnen in Zylinderkurbelgehäusen von Verbrennungsmotoren. Es kann jedoch auch bei allen anderen Materialkombinationen eingesetzt werden, wodurch eine Korrosion oder Oxidation eine Farbveränderung der Beschichtung bzw. zumindest des Oversprays der Beschichtung erzielt werden kann, um diese Verunreinigungen entsprechend gut erkennen zu können und über eine Bildverarbeitung erfassbar zu machen.