Zoals gezien in nummers van: Finishing Today, feb. 2008; Materials Performance Magazine, sept. 2004; Quality Digest Magazine, okt. 2004.
Laagdiktemeters die gebruik maken van ultrasone meettechnieken worden steeds populairder. Zij ondersteunen of vervangen destructieve methoden voor het meten van de dikte van coatings op hout en houtproducten.
Coatings hebben verschillende functies. Sommige zijn ontworpen om houtstructuren te herstellen, te beschermen, waterdicht te maken en te verfraaien. Andere zijn speciaal geformuleerd om poriën af te dichten en op te vullen en om een esthetisch aangename oppervlaktestructuur te verkrijgen. Doordringende coatings worden in het hout opgenomen en harden uit tot een sterke beschermende barrière die niet afbladdert.
Coatings zijn ontworpen om hun beoogde functie het best te vervullen wanneer zij worden aangebracht binnen een strak diktebereik zoals gespecificeerd door de fabrikant. Conversielakken zijn bijvoorbeeld harder dan andere coatings en mogen niet dikker worden aangebracht dan 5 mils om scheuren of andere gebreken in de afwerking te voorkomen. Nitrocelluloselak moet gewoonlijk lager dan 3 mils worden gehouden. Een consistente laagdikte is van het grootste belang bij het aanbrengen van basis- en scheurlagen om het gewenste craquelé-effect te bereiken.
Op vezelplaat met gemiddelde dichtheid (MDF) varieert de dikte van de poedercoating gewoonlijk van 3 tot 9 mils. Hoe dikker de dekking, hoe duurzamer de afwerking. Fabrieksspecificaties schrijven vaak een tolerantie van ±1 mil voor. Dit kwaliteitsniveau kan niet worden bepaald door er alleen maar naar te kijken.
Er zijn nog andere voordelen verbonden aan het nauwkeurig meten van de afwerkdikte. Als bedrijven de kwaliteit van de coating van binnenkomend materiaal niet controleren en verifiëren, verspillen ze geld aan het opnieuw bewerken van producten. Door de techniek van spuiters te controleren zorgen ze ervoor dat de coating volgens de aanbevelingen van de fabrikant wordt aangebracht. Bovendien kan het aanbrengen van een te grote laagdikte de totale efficiëntie drastisch verminderen. Ten slotte kan regelmatig testen het aantal interne herbewerkingen en terugzendingen van klanten wegens afwerkingsfouten verminderen.
Boven metaal is het testen van de dikte van coatings gebruikelijk voor kwaliteitscontrole en inspectiedoeleinden. Wanneer het basismetaal koolstofstaal is, wordt een magnetische methode gebruikt. Wervelstroomapparaten worden gebruikt voor de andere metalen zoals koper en aluminium.
Aangezien deze instrumenten de dikte van afwerklagen op hout niet kunnen meten, zijn alternatieve technieken gebruikt, waaronder:
Deze tests zijn tijdrovend, moeilijk uit te voeren en onderhevig aan interpretatie door de operator en andere meetfouten. Toepassers vinden destructieve methoden onpraktisch. Om een statistisch representatief monster te verkrijgen, moeten wellicht verschillende houtproducten van een partij worden gesloopt als onderdeel van het destructieve testproces.
Met de komst van ultrasone instrumenten zijn veel afwerkingsbedrijven overgestapt op niet-destructieve inspectie.
Kwaliteitsprofessionals zijn al bekend met verschillende aspecten van ultrasoon testen, waarbij geluidsenergie met een hoge frequentie wordt gebruikt om onderzoeken en metingen uit te voeren. Ultrasoon onderzoek kan gebreken in metaal opsporen en evalueren, afmetingen meten, materiaalkarakterisering vaststellen en nog veel meer.
Wanddiktemeting is misschien wel de meest voorkomende en eenvoudigste ultrasone test. Met precisie ultrasone wanddiktemeters kunnen snel de dikte van voorwerpen worden gemeten zonder dat beide zijden toegankelijk hoeven te zijn. Voor het meten van coatings zijn deze instrumenten echter niet ideaal. Ze zijn niet gevoelig genoeg om de dikte te meten van acrylvullers, fabrieksgrondlagen, lakken, UV-afwerkingen, poedercoatings en andere materialen die over hout worden gebruikt.
Het eerste handbediende instrument dat speciaal is ontworpen voor laagdiktemetingen kwam 14 jaar geleden op de markt en is nu aan zijn vierde generatie toe. Het maakt gebruik van een single-element transducer en advanced numerieke technieken om gedigitaliseerde echo's te filteren en te verbeteren. De huidige draagbare ultrasone laagdiktemeters zijn eenvoudig te bedienen, betaalbaar en betrouwbaar (figuur 1).
Bij ultrasoon onderzoek wordt met behulp van een sonde (transducer) een ultrasone trilling in een coating gestuurd met behulp van een op het oppervlak aangebracht koppelstuk.
De trilling gaat door de coating tot ze een materiaal met andere mechanische eigenschappen tegenkomt - meestal het substraat, maar misschien ook een andere coatinglaag. De trilling, gedeeltelijk gereflecteerd op dit grensvlak, gaat terug naar de opnemer. Ondertussen reist een deel van de doorgelaten trilling verder voorbij die interface en ondervindt verdere reflecties bij alle materiaalinterfaces die het tegenkomt (figuur 2).
Omdat een potentieel groot aantal echo's kan optreden, is de meter ontworpen om de maximale of "luidste" echo te selecteren waaruit een diktemeting kan worden berekend. Instrumenten die afzonderlijke lagen meten in een meerlagentoepassing geven ook de voorkeur aan de luidste echo's. De gebruiker voert gewoon het aantal te meten lagen in, bijvoorbeeld drie, en de meter meet de drie luidste echo's. Zachtere echo's worden genegeerd. De meter negeert zachtere echo's van coatingimperfecties en substraatlagen.
De nauwkeurigheid van elke ultrasone meting hangt rechtstreeks samen met de geluidssnelheid van de te meten afwerking. Omdat ultrasone instrumenten de doorgangstijd van een ultrasone puls meten, moeten zij worden gekalibreerd voor de "geluidssnelheid" in dat specifieke materiaal.
Vanuit praktisch oogpunt variëren de waarden van de geluidssnelheid niet veel tussen de in de houtindustrie gebruikte coatingmaterialen. Daarom hoeven ultrasone laagdiktemeters meestal niet te worden aangepast aan de fabriekskalibratie-instellingen.
Een factor die de nauwkeurigheid en herhaalbaarheid van ultrasone metingen beïnvloedt, is de manier waarop deze coatings met het houtsubstraat verbonden zijn. Figuur 3 toont twee voorbeelden van gecoat hout. Deze foto's, genomen met een hogere resolutie dan waartoe de meeste destructieve veldproeven in staat zijn, tonen duidelijk de grens tussen de afwerking en het hout. De afwerklaag kan er aan de bovenkant glad uitzien, maar de dikte kan inconsistent zijn. Houten substraten zijn vaak korrelig met verschillende graden van oppervlakteruwheid en primerpenetratie. Dergelijke poreusheid en ruwheid kunnen de hechting bevorderen, maar maken het moeilijker om op welke manier dan ook herhaalbare diktemetingen te verkrijgen.
Ultrasone meters zijn ontworpen om het gemiddelde te nemen van kleine onregelmatigheden om een zinvol resultaat te verkrijgen. Op bijzonder ruwe oppervlakken of substraten waar individuele metingen niet herhaalbaar lijken, levert het vergelijken van een reeks gemiddelde resultaten vaak een aanvaardbare herhaalbaarheid op.
Ultrasoon testen biedt duidelijke voordelen voor de houtindustrie. Fabrikanten van meubels, vloeren en muziekinstrumenten brengen vaak meerdere lagen lak of soortgelijke afwerkingsmaterialen aan. Voor sommige processen moet de dikte van afzonderlijke lagen of reeksen lagen kunnen worden vastgesteld. Bij een verkeerde dikte kan de laklaag die bijvoorbeeld een hoogwaardige gitaar verfraait en beschermt, gemakkelijk afbreuk doen aan de klank. Te veel coating kan de akoestische resonantie van de gitaar dempen; te weinig coating kan het omgekeerde effect hebben.
Fabrikanten van muziekinstrumenten gebruiken nu ultrasone meters om de lak op hun kostbare producten nauwkeurig en niet-destructief te meten. Dankzij deze nieuwe technologie hebben zij niet alleen hun lakverbruik verminderd, maar kunnen zij ook zinvolle metingen verrichten zonder hun productieproces al te zeer te verstoren. Er hoeven geen producten te worden verwijderd om een laagdikte te meten, en de dikte over het hele oppervlak kan gemakkelijk worden gemeten om een gladde, gelijkmatige coating te garanderen. Werkzaamheden worden geminimaliseerd omdat het coatingproces beter te controleren is.
Ultrasone laagdiktemeting is nu een geaccepteerde en betrouwbare testroutine die in de houtindustrie wordt gebruikt. De standard testmethode wordt beschreven in ASTM D6132-04. "Standard Testmethode voor niet-destructieve meting van de droge laagdikte van aangebrachte organische coatings met behulp van een ultrasone meter" (2004, ASTM). Om de ijking van de meter te controleren, zijn er normen voor de epoxycoatingdikte beschikbaar met certificering die traceerbaar is naar nationale normalisatie-instellingen.
Snelle, niet-destructieve diktemetingen kunnen nu worden uitgevoerd op materialen waarvoor vroeger destructieve tests of laboratoriumanalyses nodig waren. Deze nieuwe technologie verbetert de consistentie en verwerkingscapaciteit in de afwerkingsruimte. Potentiële kostenbesparingen omvatten:
Tegenwoordig zijn deze instrumenten eenvoudig te bedienen, betaalbaar en betrouwbaar.
DAVID BEAMISH (1955 - 2019), voormalig president van DeFelsko Corporation, een in New York gevestigde fabrikant van handbediende testinstrumenten voor coatings die wereldwijd worden verkocht. Hij had een diploma burgerlijk ingenieur en meer dan 25 jaar ervaring in het ontwerpen, produceren en op de markt brengen van deze testinstrumenten in verschillende internationale industrieën, waaronder industriële verf, kwaliteitsinspectie en productie. Hij gaf trainingen en was actief lid van diverse organisaties waaronder NACE, SSPC, ASTM en ISO.
