Veel van de hedendaagse auto's zijn gecoat met verf die een metaalachtige of glitterachtige glans vertoont. De exacte schittering en kleur die u ziet, wordt bepaald door de verdeling en kenmerken van kleine metaalschilfers die in de verf worden gebruikt. Een nieuwe benadering op basis van de medische beeldvormingstechniek optische coherentietomografie (OCT) biedt de auto-industrie een praktische manier om deze metaalvlokken automatisch te analyseren, die tot nu toe moeilijk in beeld te brengen waren, om de efficiëntie van het auto-afwerkingsproces te verbeteren.

"We hebben aangetoond, Voor de eerste keer, via OCT en onze beeldanalyse-aanpak, we kunnen de grootte kwantitatief en automatisch meten, aantal en oriëntatie van metaalschilfers in industrieel aangebrachte autolak, " zei Yaochun Shen, hoofdonderzoeker van het project en professor aan de Universiteit van Liverpool, VK. "Deze aanpak kan zeer nuttig zijn voor kwaliteitsborgingsprocessen die worden gebruikt tijdens de autoproductie."

OCT is een op licht gebaseerde techniek die realtime dwarsdoorsnedebeelden verwerft met een resolutie op micronschaal. Sinds de uitvinding in 1991, medische toepassingen van OCT zijn snel uitgebreid, en tegenwoordig gebruiken artsen het routinematig om oogziekten te diagnosticeren. Vanwege de mogelijkheden van de technologie en de inherente bruikbaarheid, OCT blijft zich richten op nieuwe biomedische toepassingen en wordt nu onderzocht als een hulpmiddel voor het verbeteren van productie- en industriële processen.

"De verfstap is een knelpunt in het productieproces, " zei Shen. "Als de afgewerkte autolak niet aan de eisen voldoet, dan moet het chemisch verwijderd worden en moet de auto helemaal opnieuw gespoten worden. Dit kost niet alleen tijd en geld, maar zorgt ook voor chemisch afval en daarmee samenhangende milieuproblemen."

In het tijdschrift The Optical Society Optica Express , Shen en zijn collega's melden dat hun methode automatisch 3D-metingen van metaalvlokken met een diameter van slechts 10 micron en een dikte van 1 micron automatisch kan identificeren en uitvoeren. De onderzoekers demonstreerden hun aanpak op monsters van aangebrachte autolak, maar zeggen dat met verdere ontwikkeling de techniek kan worden gebruikt voor in-line monitoring, waar het problemen kan detecteren die zich voordoen tijdens het schilderproces.

"Het gebruik van de techniek voor het bewaken van in-line processen kan autofabrikanten ook helpen het hele coatingproces beter te begrijpen, "zei Shen. "Met dat beter begrip, de auto-industrie kan mogelijk nieuwe coatingprocessen of nieuwe soorten coatings ontwikkelen."

Contactloze verfanalyse

Autolak is een complexe structuur die meestal uit vier lagen bestaat. De auto-industrie gebruikt momenteel ultrasone beeldvorming om autolak te onderzoeken bij kwaliteitscontroles. Hoewel ultrasone instrumenten gemakkelijk te gebruiken zijn, ze kunnen de minuscule metaalvlokken die in veel moderne autolakken worden gebruikt, niet effectief afbeelden. Ultrasone metingen vereisen ook dat apparatuur in contact staat met het monster, wat betekent dat ultrageluid niet kan worden gebruikt voor in-line monitoring zonder het verfwerk te verstoren.

"Toen de autofabrikant ons benaderde om een ​​nieuwe techniek te ontwikkelen om de glittervlokken in autolak te analyseren, we dachten dat OCT een oplossing kon bieden, " zei Shen. "We gebruiken OCT in ons oogheelkundig onderzoek vanwege de hoge resolutie en omdat het metingen kan uitvoeren zonder het monster aan te raken. Deze combinatie maakt het ideaal voor de analyse die de autofabrikanten nodig hadden bij de productie."

Om de vlokken in beeld te brengen, de onderzoekers ontwierpen een 3D OCT-instrument met een zeer hoge laterale ruimtelijke resolutie om minuscule vlokken te onderscheiden en een hoge diepteresolutie om de positie en oriëntatie van elk te zien. Omdat een enkel 3D OCT-beeld duizenden vlokken bevat - te veel om handmatig te meten - ontwikkelden de onderzoekers ook een algoritme om elke schilfer in een monster automatisch te identificeren en te beschrijven.

Tests van de techniek op vijf verfmonsters toonden aan dat het OCT-systeem goed werkte voor het afbeelden van de bovenste twee lagen autolak, waaronder de laag met de metaalvlokken. Door het te gebruiken met de 3D-analyse-algoritmen konden de onderzoekers het aantal bepalen, grootte en oriëntatie van metaalvlokken in de verfmonsters.

De onderzoekers zeggen dat de huidige OCT-hardware en -software bijna bruikbaar is in een industriële omgeving voor het analyseren van verf die al is aangebracht. Ze kijken momenteel naar manieren om de metingen te versnellen, zodat ze kunnen worden gebruikt voor realtime monitoring tijdens het aanvraagproces.

De onderzoekers werken ook aan de toepassing van OCT in andere industriële contexten, zoals het analyseren van coatings van farmaceutische tabletten. De kwaliteit van deze coatings regelt de afgiftesnelheid van geneesmiddelen en OCT kan helpen bij het kwantitatief analyseren van de dikte-uniformiteit van deze coatings en het controleren op defecten. "Ons onderzoek met autolak en met farmaceutische coatings toont aan dat OCT, die al enige tijd wordt gebruikt voor medische toepassingen, kan ook worden gebruikt voor industriële toepassingen, " zei Sheen.