Brucherkennung

Während das Kleben selbst eine Standardtechnik ist, kann die Qualität einer Klebverbindung in ihrer Gesamtheit nicht mit zerstörungsfreien Methoden beurteilt werden. Da diese Methode auch zum Fügen von Bauteilen mit Sicherheitsrelevanz verwendet wird, sind in diesen Fällen die Anforderungen an Material, Prozess- und Qualitätssicherung besonders hoch. Hierbei muss ein robuster Klebprozess entwickelt werden, der mit umfangreichen Qualifizierungsverfahren einhergeht und für den eine große Anzahl von Prozessproben für mechanische Tests erforderlich ist. Alle beschriebenen Proben werden mit Genehmigung des Fraunhofer IFAM gezeigt. Ihre Herstellung erfolgte durchweg durch Verkleben eines Substrats mit einem Stempel. Die Haftfestigkeit wurde anschließend gemäß DIN EN13144 durch Zugversuch (Zentrifugalkraft) gemessen.

Bruchbilder von Klebverbindungen

Eine wichtige Messgröße für die Beurteilung einer Klebverbindung ist die Kraft, bei welcher die Verbindung versagt. Bild 2a zeigt ein hochauflösendes Bild einer Standardprobe mit unterschiedlichen Arten von Klebstoffversagen, definiert nach DIN EN ISO10365:2022, Klebstoffe – Bezeichnung der wichtigsten Bruchbilder. In der Regel ist das Ziel, dass die Klebverbindung innerhalb des Klebstoffs bricht (Cohesive Failure, CF, Bild 2b) und nicht an der Oberfläche (Adhesive Failure, AF, Bild 2c). Bild 2d zeigt mit dem speziellen Kohäsionsbruch (Special Cohesive Failure, SCF) ein weiteres häufiges Bruchbild.

Nach Herstellung der Proben beurteilt das Fachpersonal, welche Anteile einer Probe welchem Bruchbild zuzuordnen sind. Aktuelle Verfahren beruhen auf visueller Inspektion der physisch vorliegenden Probe und Abschätzung der jeweiligen Flächenanteile der Bruchbildarten. Dies kann für die gesamte Probenfläche bzw., nach Überlagerung eines Rasters, pro Rasterelement erfolgen. Nachteil dieser Schätzungen ist die hohe Subjektivität. Alternativ können auf einem Mikroskopbild die Brucharten manuell markiert und die Pixel gezählt werden. Dies ist jedoch mit einem hohen Zeitaufwand verbunden. Dadurch, dass Bruchpaare nicht gemeinsam ausgewertet werden, kann es darüber hinaus leichter zu falschen Zuordnungen der Bruchflächen kommen.

Klebbruchflächeninspektion

Das AdheScan-System ist ein Laborgerät zur Klebbruchflächeninspektion. Basierend auf einer speziell entwickelten Bildaufnahme in Kombination mit einem trainierbaren ML-Algorithmus ermöglicht es eine quantifizierbare, reproduzierbare und vereinfachte Beurteilung von Klebebruchflächen. Die erzeugten Daten werden digital gespeichert und erlauben Klebfachpersonal damit weitere systematische Auswertung auf Grundlage objektiver und präziser Daten. Das AdheScan-System ist die Weiterentwicklung eines Demonstrators, der in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer IFAM im Rahmen eines durch das BMWK geförderten Projekts (Samba, 20Q1924A) entwickelt wurde. Das übliche Vorgehen bei der Beurteilung eines Probensets mit dem AdheScan-System beinhaltet verschieden Routinen, wie das Setzen einer zuvor definierten ROI und die Eingabe von Metainformationen (z.B. verwendeter Klebstoff, Substratmaterialien).

Aufbau des Systems

Basierend auf zwei Zeilenkameras von Schäfter+Kirchhoff (Typ SK4k-U3DR7C, Farbsensor, Pixelgröße 7µm) liefert das System hochauflösende Bilder mit einer optischen Auflösung von 11µm von beiden Oberflächen des Bruchpaares. Die Verwendung der Zeilenkameras in einer Stereokonfiguration ermöglicht zudem die Erfassung wertvoller Höheninformation mit einer Höhenauflösung von ca. 20µm. Da die Sensoren eine Fläche von 45x200mm2 scannen, werden die Bilder entsprechend der vordefinierten ROIs automatisch zugeschnitten. Die Darstellung der hochauflösenden Oberflächenaufnahmen von Substrat und Stempel und der zugehörigen Höhenprofile erfolgt in einer 2×2-Ansicht. Die Software ermöglicht die Ausrichtung der Bilder der beiden Bruchpartner zueinander. Anwendende werden hierbei von einem Dialog geleitet und durch eine visuelle Darstellung unterstützt. Schließlich werden die überlagerten Bilder verwendet, um drehbare 3D-Grafiken von Substrat und Stempel zu generieren. Eine räumliche Verknüpfung der beiden 3D-Grafiken ermöglicht ihre gemeinsame Betrachtung und Beurteilung, z.B. aus unterschiedlichen Blickwinkeln oder in unterschiedlichen Zoom-Einstellungen, wodurch die bestmögliche Auswertegenauigkeit erzielt wird.

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