Расширение терагерцевой технологии для получения высокоточной толщины автомобильной краски

В настоящее время покрасочные работы автомобильных кузовов получают мощный импульс от быстро развивающейся области терагерцевой (ТГц) технологии, используемой для повышения точности и контроля качества многослойных лакокрасочных покрытий.

В новом подходе к промышленному применению ТГц технологии, команда немецких исследователей начала с того принципа, что толщина многослойных лакокрасочных покрытий может быть рассчитана с помощью измерения времяпролётным методом ультракоротких ТГц импульсов. Модель, которую они разработали, добивается нового уровня точности при измерении отдельных слоев покрытия. Их отчет можно увидеть в текущем выпуске Applied Physics Letters.

Разработанная командой исследователей из Университета Кайзерслаутерн и Института Фраунгофера физических методов измерения в Кайзерслаутерне компьютерная модель с заданным алгоритмом определяет толщину отдельных слоев краски у многослойных образцов краски значительно ниже десяти микрон – обычно семь микрон – и до четырех микрон при определенных ограничениях. Микрон, также называемый микрометр, в тысячу раз меньше, чем миллиметр, во много раз меньше диаметра человеческого волоса.

«Путем введения расширенной процедуры регрессии с моделью самокалибровки, наш подход представляет собой концепцию, которая учитывает реальные производственные задачи, такие как эффект окрашивания способом распыления "мокрым по мокрому" в процессе окраски. Это важно, поскольку многослойный процесс покрытия автомобиля является сложным, и необходим новый подход для улучшения контроля качества покраски транспортного средства», — пояснил Рене Беиганг, ведущий исследователь изучения.

ТГц технология использует неионизирующее излучение, которое происходит на электромагнитном спектре между СВЧ-энергией и инфракрасными световыми волнами с диапазоном частот от 0,3 ТГц до 10 ТГц. Невидимая невооруженному глазу энергия ТГц считается неразрушающей и неинвазивной, и обладает многими полезными аналитическими и промышленными свойствами. Она проникает сквозь множество непроводящих материалов и проходит через наиболее распространенные материалы, такие как ткани, пластмассы, дерево и бумага. Ажиотаж по поводу ее потенциала в ряде дисциплин быстро создает команды, чтобы направить ее для использования в разнообразных применениях, как медицинской визуализации при проверке безопасности в аэропортах.

Суть их работы состоит в следующем: ось времени типичного отраженного импульса показывает, что происходит отражение от передней поверхности и нижнего слоя, а также от каждой границы двух материалов между различными слоями краски. От задержки по времени между последовательно отраженными импульсами может быть выведена толщина слоя.

«С помощью сканирования ТГц пучка на образце можно получить 2-х мерное изображение толщины каждого отдельного слоя», — объяснил Беиганг.

Он добавил, что традиционные подходы для измерения толщины автомобильной краски ограничены из-за сложности многошагового процесса окраски. Как правило, на поверхность транспортного средства наносят пять слоев тонких покрытий, включая фосфат цинка, электропокрытие, грунтовку или шпатлевку, базовый слой и лак.

«Новые возможности для преодоления этих ограничений были продемонстрированы терагерцевым излучением», — сказал он.

Результаты показывают, что этот новый подход приемлем для измерения индивидуальных лакокрасочных покрытий на различных материалах. К ним относятся металлические основы, пластик, армированный углеродным волокном, а также на диэлектрических основах — все с высокой точностью.

«Мы считаем, что наши результаты с ТГц волнами показывают, что мы успешно обращаемся с ними для разработки очень точного подхода, чтобы помочь улучшить производственный процесс с использованием многослойных автомобильных красок», — сказал Бейганг.